In this paper, a NURBS surface interpolator is proposed which can deal with shapes defined from CAD/CAM programs on a surface basis and can improve contour accuracy. The proposed interpolator is based on newly defined G-codes and includes online tool-path planning suitable for NURBS surface machining. The real-time interpolation algorithm, considering an effective machining method for each machining process and minimum machining time, is executed in an online manner. The proposed interpolator is implemented on a PC-based 3-axis CNC milling system and evaluated through actual machining in terms of machining time and regulation of feedrate and cutting force in comparison with the existing method.
The present CNC machining system if without any CAM software has been limited to 2D or 2.5D plane cut using lines, arcs and curves. If the CNC is equipped with a surface interpolation module and a surface reorganizing module inside it, we can easily try 3D surface machining without aid of CAM software. The existing NURBS surface interpolator is simple and direct to use for a unit surface. However, it enables only machining of each reference surface individually even when machining a simple composite surface. In this paper, we propose a method which can unify and reorganize various reference surfaces with a newly defined NURBS surface cycle command: a multi-repetitive cycle command such as in a CNC turning center. We also introduce a reorganizing rule for reference surfaces using NURBS properties. The usefulness of the proposed method is verified through computer simulation.
This paper presents an efficient real-time tool-path planning method for interpolation of NURBS surfaces in CNC machining. The proposed tool-path planning method is based on an improved iso-scallop strategy and can provide better precision than the existing methods. The proposed method is designed such that tool-path planning is easily managed in realtime. It proposed a new algorithm, for regulation of a scallop height, which can efficiently generate tool-paths and can save machining time compared with the existing method. Through computer simulations, the performance of the proposed method is analyzed and compared with the existing method in terms of feedrate. total machining time and a degree of constraint on the scallop height.
A parametric curve interpolator has been proposed for machining curves instead of a linear interpolator in which curves are approximated by a set of line segment. The parametric curve interpolator is superior to linear interpolator in machining time and contour error and generate exact position commands directly from curve equations. In this paper, a new toolpath generation method is proposed based on the parametric curve interpolator. This method retains all the benefits of parametric curve interpolator and can bound the scallop height within a specified value. By interpolating curves and surfaces directly from the mathematical equations, the amount of data from CAD/CAM system to CNC controller can be significantly reduced. The proposed method was implemented on a CNC controller and was confirmed to give a better result than the other existing method.
The purpose of this study is to improve the machining of free-formed NURBS surfaces using newly defined G-codes which can directly deal with shapes defined from CAD/CAM programs on a surface basis and specialize in rough and finish cut. To this purpose, a NURBS surface interpolation system is proposed in this paper. The proposed interpolation system includes online tool-path planning, real-time interpolation and feedrate regulation considering an effective machining method and minimum machining time all suitable for unit NURBS surface machining. The corresponding algorithms are simultaneously executed in an online manner. The proposed NURBS surface interpolation system is integrated and implemented with a PC-based 3-axis CNC milling system. A graphic user interface (GUI) and a 3D tool-path viewer which interprets the G-codes for NURBS surfaces and displays whole tool-paths are also developed and included in our real-time control system. The proposed system is evaluated through actual machining in terms of size of NC data, machining time, regulation of feedrate and cutting force focused on finish cut in comparison with the existing method.
Three-axis CNC surface machining entails a series of processes including rough cutting, intermediate cutting and finish cutting for a reference surface defined in CAD/CAM. This study is targeting development of an integrated NURBS surface interpolator that can incorporate rough, intermediate and finish cutting processes. In each process, volume to be removed and cutting condition are different according to the shape of a part to be machined and the reference surface. Accordingly, the proposed NURBS surface interpolator controls motion in real-time optimized for the machining conditions of each process. In this paper, a newly defined set of G-codes is proposed such that NURBS surface machining through CNC is feasible with minimal information on the surface composition. To verify the usefulness of the proposed interpolator, through computer simulations on NURBS surface machining, total machining time, size of required NC data and cutting force variations are compared with the existing method.
In CAD systems, a surface to be machined is expressed by a series of curves, such as B-spline, Bezier and NURBS curves, which compose the surface and then in CAM systems the curves are divided into a large number of line or arc segments. These divided movement commands, however, cause many problems including their excessive size of NC data that makes almost impossible local adjustment or modification of the surface. To cope with those problems, the necessity of real-time curve or surface interpolators was embossed. This paper presents an efficient real-time tool-path generation method fur interpolation of NURBS surfaces in CNC machining. The proposed tool-path generation method is based on an improved iso-scallop strategy and can provide better precision than the existing methods. The proposed method is designed such that tool-path planning is easily managed in real-time. It proposed a new algorithm for regulation of a scallop height, which can efficiently generate tool-paths and can save machining time compared with the existing method. Through computer simulations, the performance of the proposed method is analyzed and compared with the existing method in terms of federate, total machining time and a degree of constraint on the scallop height.
In CNC machining, demands on precision machining of free formed surface model are increasing. Most of the CAD/CAM systems provide the NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) interpolator. NURBS is defined with NURBS parameter by control point, weight value and knot value. This paper shows the realtime NURBS interpolation algorithms and compared with each other. One is based on the equal length of curve segments rather than equal increment of the parameter Δu. The other is to limit the interpolation error to any desired level by adjusting the feedrate considering the curvature of the shape and sampling time.
This study presents a new type of real-t~me CNC interpolator that is capable of generating cutter paths for ball-end milling of NURBS surfaces. The proposed surface interpolator comprises real-time algorithms for cutter-contact (CC) path scheduling and CC path interpolation. Especially, in this study, a new interpolator module to regulate cutting forces is developed. This proposed algorithm utilizes variable-feedrate commands according to the curvature of machined surfaces. The proposed interpolator is evaluated and compared with the conventional method based on constant feedrates through computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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