[發(fā)明專利]產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的環(huán)切粗加工NC刀軌生成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910020202.1
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101515168A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫殿柱;崔傳輝;劉健;朱昌志
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號: G05B19/4099
• 分類號: G05B19/4099
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的環(huán)切粗加工NC刀軌生成方法，屬于計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在產(chǎn)品逆向工程中，通常采用激光掃描儀等設(shè)備獲取產(chǎn)品實(shí)體模型表面的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行三角剖分生成三角網(wǎng)格模型，逼近原實(shí)體模型。基于三角網(wǎng)格模型直接生成

數(shù)控加工刀軌，可避免產(chǎn)品CAD模型的重建過程及模型重建的累計(jì)誤差，從而有效提高基于逆向工程的產(chǎn)品開發(fā)效率及加工精度。

對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，劉磊等在學(xué)術(shù)期刊《華中理工大學(xué)學(xué)報》1999，27(2)：P10-12上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文“基于仿型測量數(shù)據(jù)的層切法數(shù)控加工”中，將仿型測量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)剖分為三角多面體模型，將該三角多面體模型與切削平面求交獲取輪廓環(huán)，依據(jù)輪廓環(huán)間的拓?fù)潢P(guān)系確定加工區(qū)域，偏置輪廓環(huán)生成環(huán)切粗加工NC刀軌，在加工過程中所選刀具的尺寸、形狀必須與測頭一致，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用范圍，算法適用性差。劉芬等在學(xué)術(shù)期刊《計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)》2003，24(11)：P119-12上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文“多實(shí)體截面輪廓環(huán)的管理及邊界的自動提取”中，對由實(shí)體生成的STL文件進(jìn)行分層，并獲取封閉的輪廓環(huán)，采用二叉樹組織輪廓環(huán)間的拓?fù)潢P(guān)系，確定加工區(qū)域，通過對輪廓環(huán)進(jìn)行偏置生成環(huán)切粗加工NC刀軌，該方法只適用于實(shí)體模型，不能對非封閉的三角網(wǎng)格模型生成正確的加工刀軌。

綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)中所述方法對一般三角網(wǎng)格模型不能有效的提取出其輪廓環(huán)，并進(jìn)行相應(yīng)的拓?fù)潢P(guān)系建立以實(shí)現(xiàn)環(huán)切加工刀路的生成，基于三角網(wǎng)格模型快速生成環(huán)切粗加工NC刀軌成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、適應(yīng)性強(qiáng)的產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的環(huán)切粗加工NC刀軌生成方法：

一種產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的環(huán)切粗加工NC刀軌生成方法，其特征在于步驟依次為：1)改進(jìn)R＊-樹得到適合于存儲產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的動態(tài)空間索引結(jié)構(gòu)R＊S-樹，基于該結(jié)構(gòu)建立產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的動態(tài)空間索引結(jié)構(gòu)，改進(jìn)R＊-樹動態(tài)空間索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得到R＊S-樹的方法具體是：將三角面片及索引結(jié)點(diǎn)MBR即最小包圍矩形統(tǒng)一表示為四維點(diǎn)對象(x，y，z，r)，其中x，y，z為MBR中心坐標(biāo)，r為MBR外接球半徑值，通過三角面片集合的聚類分簇，構(gòu)建產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型動態(tài)空間索引結(jié)構(gòu)；2)基于產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的動態(tài)空間索引結(jié)構(gòu)快速建立三角網(wǎng)格模型的Z向包絡(luò)面；3)采用R＊S-樹建立包絡(luò)面的動態(tài)空間索引結(jié)構(gòu)，以垂直于Z軸的粗加工層所在平面為切削平面，依據(jù)切削平面與三角網(wǎng)格模型空間索引結(jié)構(gòu)各層結(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系，逐層查找與切削平面相交的各層索引結(jié)點(diǎn)，最終獲取與切削平面相交的數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)，進(jìn)而獲取與切削平面相交的三角面片，將三角面片與切削平面求交獲取交線段后，采用跟蹤法對交線段進(jìn)行排序獲取輪廓環(huán)，并逐個調(diào)整輪廓環(huán)方向；4)依據(jù)輪廓環(huán)所截三角面片的法矢調(diào)整輪廓環(huán)的環(huán)向，使得待去除的材料均位于輪廓環(huán)的左側(cè)，依據(jù)各輪廓環(huán)的環(huán)向及它們之間的包含關(guān)系建立嵌套加工單元，組織各輪廓環(huán)之間的拓?fù)潢P(guān)系確定各加工區(qū)域；5)對輪廓環(huán)進(jìn)行等距偏置生成環(huán)切粗加工NC刀軌。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述的一種產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的環(huán)切粗加工NC刀軌生成方法，步驟

2)中，在笛卡爾坐標(biāo)系中計(jì)算三角網(wǎng)格模型在xOy面內(nèi)投影的軸向包圍矩形Box，將Box的各邊均勻向外偏置，偏置距離d為刀具半徑、加工余量與加工公差之和，將偏置后的Box劃分為網(wǎng)格點(diǎn)陣，網(wǎng)格間距為加工誤差ε；采用投影法計(jì)算網(wǎng)格中的每個網(wǎng)格點(diǎn)對應(yīng)的刀位點(diǎn)，并分兩種情況處理：(1)刀位點(diǎn)存在，以刀位點(diǎn)的Z向高度作為該網(wǎng)格點(diǎn)的高度；(2)刀位點(diǎn)不存在，以模型底部高度作為該網(wǎng)格點(diǎn)的高度，依次連接各網(wǎng)格點(diǎn)獲取三角網(wǎng)格模型的包絡(luò)面。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述的一種產(chǎn)品三角網(wǎng)格模型的環(huán)切粗加工NC刀軌生成方法，步驟2)中，投影法計(jì)算刀位點(diǎn)的過程具體是：以網(wǎng)格點(diǎn)為驅(qū)動點(diǎn)，以Z向?yàn)榈毒咻S向，將刀具從高處沿由驅(qū)動點(diǎn)及刀具軸向確定的軸線落下時，若與三角網(wǎng)格模型相接觸，則剛接觸時刀具的位置即為該驅(qū)動點(diǎn)對應(yīng)的刀位點(diǎn)。