一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法技术

本发明专利技术属于铣削加工领域，并公开了一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法。该方法包括下列步骤：(a)对于待处理叶片曲面，将其作为原始曲面进行离散获得该原始曲面的网格模型，将该网格模型进行偏置，以此获得待处理叶片偏置后的网格模型；(b)对偏置后的网格模型上计算加工待处理叶片的刀触点轨迹，根据该刀触点轨迹计算刀位点轨迹,将该刀位点轨迹投影到原始曲面或原始曲面的网格模型上，以此获得待处理叶片加工轨迹。通过本发明专利技术，避免轨迹规划中的干涉问题，适用于所有的APT刀具和任意曲面的多轴加工，避免迭代搜索刀轴，保证生成的加工轨迹形状与曲面的加工区域一致，保证刀轴的稳定性和加工轨迹的光顺性，提高加工精度和加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法
本专利技术属于铣削加工领域，更具体地，涉及一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法。
技术介绍
随着航空航天、国防、装备等行业的飞速发展，复杂自由曲面零部件被广泛应用。叶片是航空发动机，汽轮机和燃气轮机的核心零件，在汽车、航空、水电、船舶行业广泛应用，其加工质量严重影响着发动机的性能。叶片是一种典型的复杂组合曲面零件且种类较多、型面复杂、内部质量和外部质量要求高，如图3所示，汽轮机叶片的叶身由压力面(叶盆)、吸力面(叶背)、前缘(进气边)和后缘(排气边)组成，由于其前缘和后缘曲率变化大，其加工轨迹规划比较困难。加工轨迹的好坏决定了曲面加工的质量和加工效率，且加工程序的编制是复杂曲面多轴数控加工的关键。由于复杂曲面通常是由空间曲线或曲面组成，多轴加工刀具轨迹规划多采用计算机辅助制造系统CAM来完成的。目前商业化的CAM软件的CAM模块都具有五轴高速切削编程的能力。但是国内内缺乏自主叶片加工CAM软件，缺乏多轴CAM算法的研究与积累。多轴加工工艺编程技术是叶片类零件加工的关键，然而不合理的加工工艺和编程成为制约叶片多轴联动数控加工效率、加工精度和加工质量提高的瓶颈。因此，轨迹加工精度和效率高的叶片精加工路径成了CAM系统研究的热点问题之一。研究有效的叶片精加工轨迹规划算法不仅有利于提高叶片加工精度和加工效率，而且有利于国产叶片加工专用CAM软件的开发和应用以及实现工业化。目前国内外常用的三种轨迹规划算法如图4所示，图4中的(a)CL-surface方法可在计算CL轨迹的过程中检测并消除干涉，但是不能适用于平底刀、环形刀和一般的APT刀具的五轴加工；图4中的(b)Contact-driven方法简单但是容易造成刀具轨迹的波动和在高的凹曲率时刀具与工件曲面之间的过切；图4中的(c)Projection-based方法可以很好地处理全局过切问题和轨迹不连续问题，但是该方法中刀轴的计算需要不断的迭代搜索产生，该迭代过程会引入较大的计算量，此外由于驱动面往往是平面，导致驱动轨迹规划区域不能与工件实际加工区域相适应，通常需要额外的计算来截断驱动轨迹。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法，其通过离散原始曲面再偏置得到偏置后的三角网格模型，在偏置面上规划规划刀触点轨迹，计算并优化刀轴，根据优化后的刀轴计算偏置面上的刀位点轨迹，光顺偏置面上的刀位点轨迹，最后将刀轴向加工曲面(原始曲面或离散后的原始曲面)投影生成无过切的精加工轨迹。该方法直接避免干涉问题，适用于所有的APT刀具和任意曲面的多轴加工，避免迭代搜索刀轴，保证生成的加工轨迹形状与曲面的加工区域一致、刀轴的稳定性和加工轨迹的光顺性，从而提高加工精度和加工效率。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)对于待处理叶片曲面，将其作为原始曲面进行离散获得该原始曲面的网格模型，将该网格模型进行偏置，以此获得待处理叶片偏置后的网格模型；(b)对所述偏置后的网格模型上计算加工所述待处理叶片的刀触点轨迹，根据该刀触点轨迹计算刀位点轨迹,将该刀位点轨迹投影到所述原始曲面或原始曲面的网格模型上，以此获得待处理叶片加工轨迹。进一步优选地，在步骤(b)中，在将该刀位点轨迹投影到所述原始曲面或原始曲面的网格模型上之前，还需将所述刀位点轨迹进行光顺处理。进一步优选地，在步骤(b)中，所述将该刀位点轨迹投影到所述原始曲面的网格模型上时的投影方向优选按照下列表达式进行，其中，分别是所在网格两个顶点处的法矢，l1为法矢所在网格和刀触点轨迹的交点与网格其中一个顶点之间的距离，l2为法矢所在网格和刀触点轨迹的交点与网格另一个顶点之间的距离。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术与现有在原始曲面上规划加工轨迹相比，不需要额外的计算来截断驱动轨迹来使得生成的加工轨迹形状与曲面的加工区域保持一致，本专利技术通过偏置投影的方式规划轨迹，使得偏置区域与原始曲面上的加工区域一致，保证生成的加工轨迹形状与曲面的加工区域一致，避免了额外的计算来截断驱动轨迹；2、本专利技术在刀具投影之前，即在驱动轨迹上优化刀轴和光顺轨迹，避免了在原始曲面上大量搜索刀轴的迭代，保证了刀轴的稳定性和轨迹的光顺性；3、本专利技术基于偏置面上规划的驱动轨迹和投影原理，保证刀具投影到原始曲面得到的加工轨迹光顺且没有过切。4、本专利技术基于投影偏置的多轴轨迹生成方法适用于任意形状的APT刀具和任意曲面的加工。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的方法的流程图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的CC点、Cl点及刀轴示意图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的汽轮机叶片叶身组成模型图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的三种常见的刀具轨迹计算策略流程图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的APT刀具的参数示意图；图6是按照本专利技术的优选实施例所构建的APT刀具的侧弧圆角示意图；图7是按照本专利技术的优选实施例所构建的刀具偏置矢量计算示意图；图8是按照本专利技术的优选实施例所构建的原始叶片曲面网格化后的三角网格模型图；图9是按照本专利技术的优选实施例所构建的叶身曲面偏置前后的三角网格模型；图10是按照本专利技术的优选实施例所构建的在偏置面上规划CC轨迹模型图；图11是按照本专利技术的优选实施例所构建的刀具沿刀轴方向投影与沿驱动CC点法矢的反方向投影示意图；图12是按照本专利技术的优选实施例所构建的刀具投影方向计算示意图；图13是按照本专利技术的优选实施例所构建的驱动CC轨迹上计算法向矢量的示意图；图14是按照本专利技术的优选实施例所构建的计算法向矢量的放大示意图；图15是按照本专利技术的优选实施例所构建的用两个平面确定加工区域的示意图；图16是按照本专利技术的优选实施例所构建的在参数域中规划驱动轨迹的原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为了便于理解本专利技术，首先结合图2和图5对轨迹生成中有关概念加以解释。如图2所示，刀触点，简称CC点，是指刀具铣削工件曲面的过程中，工件曲面和刀具曲面相切的位置点；刀触点轨迹，即驱动CC轨迹，所有的CC点按照一定方式连接起来的线段的集合称为刀触点轨迹；刀位点，简称CL点，是指刀具的定位基准点，对于各种铣削刀具，一般取刀具轴线与刀具底端的交点；刀位点轨迹，即驱动CL轨迹，所有的CL点按照一定方式连接起来的线段的集合称为刀位点轨迹；如图4所示，APT刀具的参数图，APT刀具的六个参数为：顶端角A1，锥度角A2，圆弧半径R，直径D，刀刃长度L和高度H(其中)。当A1＝0,A2＝0,D＝2R时，为球头铣刀，当A1＝0,A2＝0,R＝0时，为平底刀，当A1＝0,A2＝0,D/2＞R时，铣刀为环形铣刀。曲面参数化：在计算机图形学中，曲面数据包括两方面：几何数据结构和纹理数据结构。几何数据结构一般是多面体三角网格，存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)对于待处理叶片曲面，将其作为原始曲面进行离散获得该原始曲面的网格模型，将该网格模型进行偏置，以此获得待处理叶片偏置后的网格模型；(b)对所述偏置后的网格模型上计算加工所述待处理叶片的刀触点轨迹，根据该刀触点轨迹计算刀位点轨迹,将该刀位点轨迹投影到所述原始曲面或原始曲面的网格模型上，以此获得待处理叶片加工轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)对于待处理叶片曲面，将其作为原始曲面进行离散获得该原始曲面的网格模型，将该网格模型进行偏置，以此获得待处理叶片偏置后的网格模型；(b)对所述偏置后的网格模型上计算加工所述待处理叶片的刀触点轨迹，根据该刀触点轨迹计算刀位点轨迹,将该刀位点轨迹投影到所述原始曲面或原始曲面的网格模型上，以此获得待处理叶片加工轨迹。2.如权利要求1所述的一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振瀚，张玉明，李喜艳，杨方召，黄璐璐，陈吉红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42