[發(fā)明專利]一種基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑的方法

有效

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• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116027732B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王梓睿;傅孝明;劉利剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 陳亮;鄭立明

本發(fā)明公開了一種基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑的方法，包括：獲得目標(biāo)曲面中各三角面上的法向與主曲率方向，并構(gòu)建局部坐標(biāo)系；將各三角面上的方向設(shè)置為最大速度約束函數(shù)取極大值的方向；判斷目標(biāo)曲面中是否存在奇異面，若存在，則基于法向分割所述目標(biāo)曲面，并初始化目標(biāo)曲面各片中三角面上的方向，接著迭代合并相鄰片并改變被合并片中三角面上設(shè)置的方向；然后應(yīng)用優(yōu)化算法提升方向場的光滑性，同時使生成的指導(dǎo)方向場具有高材料去除率；應(yīng)用等值線算法計算目標(biāo)曲面上各頂點對應(yīng)的函數(shù)值，并提取等值線作為數(shù)控機床加工路徑。該方法有效避免了現(xiàn)有方案生成指導(dǎo)方向場時不能保證方向場內(nèi)部光滑性以及將目標(biāo)曲面分成過多片的缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機輔助制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑的方法。

背景技術(shù)

基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑是指通過在目標(biāo)曲面上設(shè)計一個帶有加工意義的指導(dǎo)方向場來指導(dǎo)生成數(shù)控機床加工路徑，使得機床按照生成的數(shù)控機床加工路徑對目標(biāo)曲面的切削是高效的。現(xiàn)有的考慮機床加工中材料去除率指標(biāo)的指導(dǎo)方向場生成方法通常首先在目標(biāo)曲面上均勻采樣一系列點，并設(shè)置采樣點處的方向為對應(yīng)最大材料去除率的方向。在后續(xù)生成數(shù)控機床加工路徑時，為提升加工效率，現(xiàn)有方法通常基于指導(dǎo)方向場內(nèi)部方向的連續(xù)性或生成的加工路徑與指導(dǎo)方向場之間偏離的程度對目標(biāo)曲面進行分割。

上述傳統(tǒng)的指導(dǎo)方向場生成與目標(biāo)曲面分割技術(shù)主要存在以下兩方面的問題：一方面指導(dǎo)方向場內(nèi)部的光滑性沒有保證；另一方面基于工程經(jīng)驗的啟發(fā)式方向場分割算法往往導(dǎo)致目標(biāo)曲面被分成過多片，使得機床在實際加工中難以加速到理論速度上限，最終導(dǎo)致加工效率的降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑的方法，該方法有效避免了現(xiàn)有方案生成指導(dǎo)方向場時不能保證方向場內(nèi)部光滑性以及將目標(biāo)曲面分成過多片的缺點，能夠方便地生成想要的指導(dǎo)方向場與數(shù)控機床加工路徑，適用于對五軸數(shù)控機床和球頭刀具的情形，尤其適用于對目標(biāo)曲面進行精加工。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑的方法，所述方法包括：

步驟1、獲得目標(biāo)曲面中各三角面上的法向與主曲率方向，并構(gòu)建局部坐標(biāo)系；

步驟2、獲得目標(biāo)曲面中各三角面上最大速度約束函數(shù)取極大值對應(yīng)的方向；

步驟3、將所述目標(biāo)曲面中各三角面上的方向設(shè)置為步驟2中最大速度約束函數(shù)取極大值對應(yīng)的方向；

步驟4、判斷所述目標(biāo)曲面中是否存在奇異面；

步驟5、若所述目標(biāo)曲面中存在奇異面，則基于法向分割所述目標(biāo)曲面，并初始化目標(biāo)曲面各片中三角面上的方向為高斯映射對應(yīng)球面上的最大速度約束函數(shù)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(shè)置的方向；

步驟6、對所述目標(biāo)曲面上設(shè)置的指導(dǎo)方向場應(yīng)用優(yōu)化算法提升光滑性，同時使指導(dǎo)方向場具有高材料去除率；

步驟7、然后應(yīng)用等值線算法計算所述目標(biāo)曲面上各頂點對應(yīng)的函數(shù)值，并提取等值線作為數(shù)控機床加工路徑。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，上述方法有效避免了現(xiàn)有方案生成指導(dǎo)方向場時不能保證方向場內(nèi)部光滑性以及將目標(biāo)曲面分成過多片的缺點，能夠方便地生成想要的指導(dǎo)方向場與數(shù)控機床加工路徑，尤其適用于對目標(biāo)曲面進行精加工。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于指導(dǎo)方向場生成數(shù)控機床加工路徑的方法流程示意圖。