[發(fā)明專(zhuān)利]具有突變特征的復(fù)雜曲面模型的快速分割方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410064522.8
• 申請(qǐng)日: 2014-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103777572A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王福吉;馬建偉;許強(qiáng);賈振元;秦紀(jì)云;楊彥宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/4099
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/4099
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)雜曲面模型的五軸數(shù)控機(jī)床高精密高效加工領(lǐng)域，特別涉及具有局部突變特征的復(fù)雜曲面模型的快速分割方法。

背景技術(shù)

復(fù)雜曲面零件被廣泛的應(yīng)用在航空、汽車(chē)、消費(fèi)品和模具工業(yè)中，而復(fù)雜曲面零件的五軸數(shù)控加工技術(shù)一直是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。與傳統(tǒng)數(shù)控加工相比，五軸數(shù)控機(jī)床加工中減少了刨削和底切現(xiàn)象，提高了加工效率減少了加工誤差，但是全局刀具干涉和局部刨削槽現(xiàn)象對(duì)加工也有很大的影響。一般曲面模型的五軸機(jī)床的數(shù)控編程部分也是極其困難的。行切法以其計(jì)算簡(jiǎn)單、效率高在復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工中得到了廣泛的應(yīng)用。但是通常采用參數(shù)曲線法、截平面法和投影法等手段生成的整體行切刀軸軌跡都沒(méi)有考慮待加工曲面的局部特征，不能充分適應(yīng)曲面局部特征處曲率的突變，使得刀位軌跡呈不均勻分布，加工誤差的分布也不均勻。由于局部特征的存在，復(fù)雜曲面模型整體的加工工藝參數(shù)的局部特征適用度降低，局部干涉現(xiàn)象嚴(yán)重，部分局部特征的加工精度達(dá)不到要求。因此，帶有局部特征的復(fù)雜曲面加工更為困難。而將具有局部特征的曲面分割，對(duì)局部特征提取并單獨(dú)生成刀位軌跡，可以有效解決局部特征對(duì)復(fù)雜曲面加工帶來(lái)的影響，降低加工難度，更好的保證復(fù)雜曲面零件的加工質(zhì)量。

王新龍等在中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào),2000(2),42-47的“基于幾何法表示的曲面實(shí)體的分割算法”中參考二次曲面相交時(shí)交線的特性，提出了新邊臨面選擇算法，雖然可以處理拓?fù)涿婢植刻卣?，但是其主要?yīng)用在實(shí)體模型重建領(lǐng)域，分割后的曲面模型不具備實(shí)際加工意義，不是針對(duì)加工的局部特征提取。

公布號(hào)為CN102147935A，發(fā)明人為鈕葉新等的發(fā)明專(zhuān)利“一種適用于從牙頜三角網(wǎng)格曲面分割牙齒三角網(wǎng)格曲面的方法”通過(guò)采用拓?fù)渥粉欉M(jìn)行空間控制曲線向三角網(wǎng)絡(luò)曲面投影的方法實(shí)現(xiàn)單顆牙齒精確的分離，該方法直接針對(duì)牙齒牙頜線的特征進(jìn)行提取，并據(jù)此產(chǎn)生具有一定加工意義的分割，但是算法本身較為復(fù)雜，且只針對(duì)牙科領(lǐng)域，也無(wú)法通用的應(yīng)用到具有局部特征的復(fù)雜曲面零件的五軸數(shù)控機(jī)床加工中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)目前具有局部突變特征的復(fù)雜曲面模型在五軸數(shù)控加工機(jī)床上難加工、局部特征的加工質(zhì)量難以保證的問(wèn)題，發(fā)明了一種具有局部突變特征的復(fù)雜曲面模型快速分割方法，將分割后的局部特征曲面單獨(dú)進(jìn)行加工軌跡規(guī)劃并整合到整體加工軌跡中，在數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一體化加工，降低復(fù)雜曲面局部突變處的五軸加工難度，提高局部特征和總體的加工精度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是具有突變特征的復(fù)雜曲面模型的快速分割方法，該方法將模型上的復(fù)雜特征用一組特征長(zhǎng)度線段表示，通過(guò)對(duì)特征長(zhǎng)度組的分類(lèi)提取，實(shí)現(xiàn)模型特征的分類(lèi)提取。首先，將待加工的CAD模型轉(zhuǎn)換成曲面模型文件。然后，將模型拆分成獨(dú)立特征的曲面片。接著，提取這些特征曲面片的特征長(zhǎng)度組。隨后，對(duì)這些特征長(zhǎng)度組進(jìn)行排序并分組，實(shí)現(xiàn)基于曲面模型特征的快速分割。最后，提取分割后的特征曲面的局部特征以IGES或STEP文件格式輸出到CAM環(huán)境中，進(jìn)行刀位軌跡規(guī)劃。具體步驟如下：

1.曲面模型文件轉(zhuǎn)換：當(dāng)利用三維造型軟件的前處理器將設(shè)計(jì)成形的待加工CAD模型轉(zhuǎn)換成IGES或STEP文件格式，并選擇曲面選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)從實(shí)體模型向曲面模型的轉(zhuǎn)換。

2.模型拆分成獨(dú)立特征的曲面片：利用OCC提供的TopExp_Explorer類(lèi)中的函數(shù)，訪問(wèn)讀入模型中的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確認(rèn)模型各特征的邊界數(shù)據(jù)。將每個(gè)曲面特征沿自身邊界從模型中剝離形成獨(dú)立的特征曲面片，保留曲面片間的空間位置上的聯(lián)系，獨(dú)立其他特征，并存儲(chǔ)在OCC的拓?fù)湫螤顢?shù)據(jù)類(lèi)型中，完成曲面模型的拆分。

3.提取這些特征曲面片的特征長(zhǎng)度組：同樣利用TopExp_Explorer類(lèi)中的函數(shù)提取被剝離后的曲面片的邊界及頂點(diǎn)信息，利用BOPTools_Tools::PointOnEdge()函數(shù)插值補(bǔ)全缺失的邊界信息，存儲(chǔ)邊界上全部已知節(jié)點(diǎn)。在笛卡爾坐標(biāo)系下，求得所有節(jié)點(diǎn)中最大和最小的三個(gè)方向坐標(biāo)值，建立一個(gè)恰好完整包含特征曲面片全部信息的特征長(zhǎng)方體，該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高及體對(duì)角線長(zhǎng)度便是所要提取的特征曲面片的特征長(zhǎng)度組，將特征尺寸按長(zhǎng)度排序后存儲(chǔ)在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中。

4.對(duì)這些特征長(zhǎng)度組按大小進(jìn)行排序并分組，實(shí)現(xiàn)基于曲面模型特征的快速分割：首先依據(jù)體對(duì)角線長(zhǎng)度對(duì)曲面片進(jìn)行初步排序，在初步排序相似的曲面片間選取其他特征尺寸進(jìn)行分類(lèi)，將特征尺寸相似的曲面片歸入一類(lèi)，并添加相同標(biāo)記。最后，將標(biāo)記相同的曲面片分組顯示，完成快速分割。