[發明專利]一種復雜曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法

在審

• 申請號: 202011124588.3
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112518433A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 李兵;毛歡;黃海林;宋小剛;李志森
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 朱本利

本發明提供了一種復雜曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法，首先將待加工曲面的工件模型轉化為STL文件，對該STL文件進行拓撲信息重構，然后通過鄰接三角網格的面片法矢的面積加權平均值與內角正弦加權平均值之和得到加權平均值，計算三角網格各頂點處的法向量，接著通過貝塞爾曲線擬合再插值，求取截交點的坐標和法矢，最后根據所得到的截交點的坐標和法矢，對坐標點進行排序，以自動生成直線刀具軌跡。本發明具有運算量少、計算時間短、計算效率高的優點，同時能夠生成笛卡爾空間中等間距、平滑連續的刀具軌跡。

技術領域

本發明屬于曲面打磨技術領域，具體涉及一種復雜曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法。

背景技術

目前，對于面向曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法主要有三種。

等參數線法：

在加工參數曲面S(u,v)時，保持曲面參數u或v其中的一個不變，等步長地改變另一個參數，生成一條刀具路徑，然后將參數加上固定的行距，繼續生成下一條刀具路徑。生成的刀具路徑特點是切削行沿曲面的等參數線分布，它適用于比較簡單的參數曲面加工。

其中等參數線法對于復雜曲面，由于很難擬合其參數曲面方程，這種方法就不再適用。而且，由于加工路徑的行距受加工表面殘留高度約束，即使根據參數等間隔劃分，最終曲面映射到笛卡爾坐標系下的三維空間上，刀具軌跡通常會變成非線性的曲線，在參數空間內等行距的平行直線在相應的三維空間下會變成行距不均勻的刀具路徑，這樣就會影響表面打磨質量。

平行截平面法：

在笛卡爾坐標系下，使用一系列等距的或者自適應距離的平行平面與待加工曲面進行截交，將截交線上的點作為刀具接觸點并計算相應的刀位點，進而得到直線刀具軌跡。

其中平行截平面法需要對曲面進行求交運算，計算復雜，通常采用網格曲面與平面截交。將截平面與網格曲面截交時，得到截交點，還要對截交點進行插值，進而得到刀具接觸點。采用線性插值的方法，雖然計算量小，但得到的刀具軌跡上會存在很多尖點，軌跡不平滑。采用NURBS曲線插值，雖然能得到精確的擬合曲線，但是計算量過大，效率不高。

等殘留高度法：

先選擇曲面的某一條邊界線作為主路徑，后續的路徑根據該主路徑來生成，其中下一條路徑上的每一個刀具接觸點都由當前的路徑上的刀具接觸點來計算，通過控制相鄰刀具軌跡間的加工殘留高度均為預先設定最大允許殘留高度值得到下一個刀具接觸點。

其中等殘留高度法在計算過程中涉及到適應不同曲面特征的問題，處理過程復雜。并且從第一條刀具路徑到最后一條路徑的整個過程可能因樣條擬合產生數值誤差，從而造成誤差累積問題。

基于此，本申請提供一種復雜曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法，以解決現有的方法中存在的計算復雜、非均勻刀具軌跡及誤差累積等問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種復雜曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法，具有運算量少、計算時間短、計算效率高的優點，同時能夠生成笛卡爾空間中等間距、平滑連續的刀具軌跡。

為了實現上述目的，本發明提供了一種復雜曲面打磨的刀具軌跡自動生成方法，其包括以下步驟：

第一步、將待加工曲面的工件模型轉化為STL文件，對該STL文件進行拓撲信息重構

重構方式為：

首先根據每一三角網格的頂點坐標計算該三角網格的邊長、面積和各內角數據，利用結構體數組將每一三角網格的數據進行存儲；

然后對所存儲的三角網格的數據進行查重，剔除冗余數據點；

接著構建每一頂點坐標和與其相鄰接三角網格的拓撲信息；

第二步、計算三角網格各頂點處的法向量