[發明專利]一種基于指導方向場生成數控機床加工路徑的方法

有效

• 申請號: 202310328648.0
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116027732B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 王梓睿;傅孝明;劉利剛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 陳亮;鄭立明

1.一種基于指導方向場生成數控機床加工路徑的方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、獲得目標曲面中各三角面上的法向與主曲率方向，并構建局部坐標系；

步驟2、獲得目標曲面中各三角面上最大速度約束函數取極大值對應的方向；

步驟3、將所述目標曲面中各三角面上的方向設置為步驟2中最大速度約束函數取極大值對應的方向；

步驟4、判斷所述目標曲面中是否存在奇異面；

步驟5、若所述目標曲面中存在奇異面，則基于法向分割所述目標曲面，并初始化目標曲面各片中三角面上的方向為高斯映射對應球面上的最大速度約束函數取極大值的方向，接著迭代合并相鄰片并改變被合并片中三角面上設置的方向；

在步驟5中，基于法向對目標曲面進行分割與片內三角面上方向的初始化，在合并時首先選取片面積小于目標曲面面積0.01的片，將其合并到相鄰片中，要求的面積大于閾值，并將中的方向傳遞到中，改變中三角面上的方向場，接著基于片上方向場的效率合并相鄰的片；

定義三角面上關于進給方向的帶寬函數如下：

其中為球頭刀的半徑；是粗加工后的曲面和目標曲面之間的殘留高度；是目標曲面上垂直于方向的法曲率，為三角面上的一個方向，定義為：

；

按材料去除率函數的定義為：，為基于片上方向場的效率合并相鄰的片，定義合并片與片時的材料去除率度量為：

其中為三角面上合并前設置的方向；為三角面上合并后設置的方向；為三角面上的最大材料去除率；為片的面積，為集合中的一片；為三角面的面積；

當合并后的方向場中不含奇異面且小于0.02時，合并片與片；

對于生成的兩種策略，即從片向片傳遞方向場，或從片向片傳遞方向場；當有一種策略滿足約束時合并片與片，若兩種策略都滿足約束，則選取更小的合并方式；

步驟6、對所述目標曲面上設置的指導方向場應用優化算法提升光滑性，同時使指導方向場具有高材料去除率；

所述步驟6的過程具體為：

在得到初始方向場后需要求解一個優化問題，即得到光滑的具有高材料去除率的指導方向場，該優化問題具有如下形式：

其中是目標曲面上的指導方向場；是權系數；是衡量光滑性的能量項；是描述中方向對應的材料去除率與最大材料去除率之間距離的能量項；

具有如下形式：

其中邊為三角面和的公共邊；為三角面和上的局部坐標系中x軸方向在LC聯絡下的夾角；為三角網格中的邊集；,分別為三角面和上的進給方向；

具有如下形式：

其中為三角面的面積；為面上沿進給方向的材料去除率；為面上的最大材料去除率；

通過調整權系數對指導方向場的光滑性和材料去除率進行控制；

步驟7、然后應用等值線算法計算所述目標曲面上各頂點對應的函數值，并提取等值線作為數控機床加工路徑。

2.根據權利要求1所述基于指導方向場生成數控機床加工路徑的方法，其特征在于，在步驟1中，首先讀取目標曲面?，目標曲面以三角網格的形式表示，對目標曲面中的各三角面，計算三角面上的法向，令三角面的三個頂點分別為，，，并令對應頂點的邊為，j為0、1和2；則對應的法向，頂點，，對應的法向，，取為頂點相鄰面法向的平均；

令,為三角面上的局部坐標系，為三角面上的第二基本型，應用最小二乘法求解如下線性方程組：

得到后，計算的最大特征值與最小特征值，以及對應的特征向量；

再將最大特征值對應的特征向量與最小特征值對應的特征向量還原到全局坐標系中，令為三角面上局部坐標系的軸方向，為三角面上局部坐標系的軸方向，進而得到三角面上的局部坐標系；

其中，三角面上的單位向量表示為角度形式，其中為與的夾角，有：

。