[發明專利]刀路軌跡擬合方法及相應裝置

有效

• 申請號: 201711113496.3
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN109782696B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 周會成;錢躍;張成磊;陳吉紅
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 成春榮;竺云

本發明提供了一種刀路軌跡擬合方法及用于實現該方法的相應裝置。該方法包括：獲取待加工零件的刀路軌跡的點面隸屬關系，所述刀路軌跡包含兩個或多個刀位點，所述點面隸屬關系指示每一個刀位點與所屬加工表面之間的相對位置關系；獲取每一個刀位點所屬加工表面的性質，所述性質指示每一個刀位點所屬加工表面是平面還是曲面；以及根據所獲取的點面隸屬關系和每一個刀位點所屬加工表面的性質對所述刀路軌跡進行擬合。

技術領域

本發明總體上涉及數控加工技術領域，更具體地涉及一種刀路軌跡擬合方法以及實現這種方法的相應裝置。

背景技術

在數控加工領域，數控系統需要對由逐條小線段編寫的G代碼程序進行樣條擬合，利用擬合得到的樣條曲線進行插補計算，從而實現零件的加工。但是，待加工零件的表面往往不是單張曲面，而是由多張曲面或平面組合而成的表面。對于只包含刀位點信息的G代碼，在對零件表面的曲面、平面組合過渡處進行樣條擬合時，通常會出現擬合后的刀路軌跡與原始零件表面形狀偏離的問題，使數控加工的零件無法還原零件三維模型的原始形狀，造成加工誤差。

如圖1所示，零件三維模型(CAD模型)包含了組成零件的點、線、面之間的拓撲關系，但是經過計算機輔助編程軟件(CAM軟件，例如UG軟件)離散、偏置后輸出的G代碼丟失了原始設計模型中幾何特征的拓撲信息，只包含了單條刀路軌跡(刀位點)的信息。在這種情況下，由于不知道刀路軌跡上的各個刀位點與所屬加工表面的對應關系，直接進行刀路軌跡的樣條擬合會導致擬合軌跡加工的零件表面難以與原始設計模型保持一致。

圖1(a)示出了一個組合表面，由平面(面1)和曲面(面2)組合而成。圖1(a)的組合表面經過CAM軟件的離散、偏置后得到如圖1(b)所示的行切刀路軌跡。圖1(c)示出了從圖1(b)的行切刀路軌跡中提取的兩條典型刀路軌跡，即，刀路1和刀路2。

對于連接刀位點A與刀位點B的刀路1，由于AB是一條處于平面上的長線段，數控系統可以根據其絕對長度或者相對長度直接判斷AB是一條位于平面上的直線，此時經過擬合后的刀路軌跡與原始設計要求是一致的。但是對于連接刀位點C與刀位點D的刀路2，刀位點C和刀位點D均為平面邊緣處的刀位點，如果數控系統不知道這兩個刀位點所屬加工表面的信息，就會直接用現有的刀路軌跡擬合方法進行樣條擬合，這將會導致刀路軌跡的錯誤擬合。圖2示出了錯誤擬合的刀路軌跡(如圖2左圖所示)與正確擬合的刀路軌跡(如圖2右圖所示)的對比示意圖。如圖2所示，擬合后的刀路軌跡嚴重偏離平面，與原始設計要求嚴重不符，從而導致加工誤差。

現有技術中有很多刀路軌跡擬合方法的研究。例如，在非專利文獻《曲面數控加工編程軌跡的NURBS擬合及插補算法研究》中提出了以軌跡優化為目的的刀位點樣條擬合方法。非專利文獻《復雜曲面數控加工刀具軌跡生成的研究》中根據三次NURBS曲線和雙三次NURBS曲面的矩陣表達形式來推導和計算出基曲線或基曲面上任意一點處的單位法向矢量，然后在等距面上進行基于最小二乘法的雙圓弧擬合，生成刀路軌跡。非專利文獻《自由曲面加工刀具路徑軌跡規劃算法研究》中提出了基于關鍵刀觸點提取的樣條曲線插補加工刀具路徑軌跡生成算法。非專利文獻《多坐標數控加工刀具軌跡生成算法研究》中采用CL路徑截面法生成刀路軌跡。雖然這些刀路軌跡的生成方法可以在很大限度上還原零件CAD模型的原始形狀，但是對于上文所述的零件表面中曲面與平面組合過渡處的加工問題都無法有效解決。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于待加工零件的三維模型(例如CAD模型)的刀路軌跡擬合機制，主要是在刀路軌跡擬合中考慮了從CAD模型中提取出的刀位點及其所屬加工表面的對應關系。

根據本發明的第一方面，提供了一種刀路軌跡擬合方法。該方法包括：獲取待加工零件的刀路軌跡的點面隸屬關系，所述刀路軌跡包含兩個或多個刀位點，所述點面隸屬關系指示每一個刀位點與所屬加工表面之間的相對位置關系；獲取每一個刀位點所屬加工表面的性質，所述性質指示每一個刀位點所屬加工表面是平面還是曲面；以及根據所獲取的點面隸屬關系和每一個刀位點所屬加工表面的性質對所述刀路軌跡進行擬合。