[發明專利]一種用于五軸數控加工的等殘留高度刀觸點軌跡的生成及優化處理方法

有效

• 申請號: 201410597489.5
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104331023B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 黃常標;江開勇;劉斌;祁楊亭;林俊義
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種五軸數控加工領域，尤其涉及一種五軸數控加工的等殘留高度刀觸點軌跡的生成及優化處理方法。

背景技術

五軸加工在加工復雜形狀零件的能力、質量和效率等諸多方面具有顯著優勢，得到越來越廣泛的應用。而作為三角網格模型的代表——STL模型在快速成型、數控加工等領域廣泛應用，已成為不同CAD/CAM系統間交換數據的三種常用模型(即IGES,STEP和STL)之一，另外，連續曲面模型加工的主要方法之一也是采用離散多面體加工方法。

相對于三軸加工，五軸加工軌跡的研究包括刀觸點/刀位點軌跡生成、全局干涉檢測、刀軸矢量優化等諸多內容。而在五軸加工刀觸點/刀位點軌跡生成研究方面，國內外針對三角網格模型的生成方法可歸納為三類：(1)截面線法，即使用平面與三角網格模型求交并處理后獲得加工軌跡。該類方法簡單可靠，且便于在平面內進行軌跡的各種處理，但難以生成高效的精加工軌跡；(2)參數化法，即將網格曲面模型映射到參數化的平面區域后生成等參數軌跡，然后再將刀具軌跡逆映射到模型表面。該類方法生成軌跡質量較好，但算法較為復雜，對于無法參數化為平面區域的模型實施難度較大；(3)等殘留高度法，即相鄰兩條軌跡之間對應點距離是通過最大允許殘留高度計算而來的，其目的是在保證加工精度的條件下加工軌跡長度盡可能短。等殘留高度法具有較為均勻的加工表面殘留高度、較短加工軌跡等優越性，但目前對網格模型的研究主要集中在三軸加工方面，且主要采用軌跡偏置法，即基于允許殘留高度計算偏置距離和偏置方向，將上一條軌跡中的點偏置成為下一條軌跡。三軸加工軌跡偏置時，可以基于網格曲面偏置，也可以是在局部擬合曲面上偏置，或者是在網格曲面的參數化平面上偏置。直接基于網格曲面的偏置算法簡單明確，適用性強，但是受到微分幾何信息計算準確性的影響比較大，軌跡容易出現較大的起伏波動；在局部擬合曲面或參數化平面上進行的偏置效果較好，但其算法相對復雜。有人提出了網格模型變形法來生成等殘留的三軸加工軌跡，并擴展應用到五軸加工，其基本原理是采用一系列平面與變形后刀位面求交，獲得軌跡后再逆變形獲得刀位軌跡，因此該方法同樣難以應用到復雜模型的五軸加工軌跡規劃。

總之，雖然五軸加工和三角網格模型的分別獲得廣泛應用，但目前對于三角網格模型五軸加工等殘留刀具軌跡的生成研究還很不充分，特別是對復雜的網格模型，還缺乏有效的方法。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提出一種用于五軸數控加工的等殘留高度刀觸點軌跡的生成及優化處理方法，該方法針對復雜網格模型，提出自適應的投影偏置方法來生成五軸等殘留刀觸點軌跡，并對刀具軌跡進行了軌跡光順、軌跡點優化、軌跡自相交去除等處理，最終獲得較為理想的刀觸點軌跡。

為達到上述技術目的，本發明采用了一種用于五軸數控加工的等殘留高度刀觸點軌跡的生成及優化處理方法，其方法主要分為刀觸點自適應投影偏置、刀觸點軌跡的優化兩個步驟；

所述刀觸點自適應投影偏置包括刀觸點投影偏置和偏置刀觸點計算兩個步驟，所述刀觸點投影偏置主要為建立適用于五軸加工的刀觸點自適應投影偏置模型；

設當前刀觸點軌跡為CC_i，點P_i,j-1、P_i,j和P_i,j+1是軌跡上的三個相鄰刀觸點，設矢量v₁＝P_i,j-P_i,j-1，v₂＝P_i,j+1-P_i,j，P_i,j處的刀具進給方向v_i,j為：

v_i,j＝(v₁+v₂)/||(v₁+v₂)||

基于面片三個頂點法矢的面積加權法計算面片內P_i,j點的單位法矢為n_i,j，則切削行距方向t_i,j為：

t_i,j＝(n_i,j+v_i,j)/||(n_i,j+v_i,j)||