考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法。该方法首先根据工件理论面生成理论刀轨，再将工件实际面与理论面对比得到误差分布规律，然后根据误差分布规律对实际面进行区域划分，最后根据划分结果针对不同误差类型的区域选择相应的刀轨映射方法将理论刀轨映射到工件实际面上完成刀轨映射过程。本发明专利技术实现了根据工件实际面误差类型分区结果对每个区域分别选择刀轨映射方法的过程，从而在工件实际面的刀轨映射中使用了多种刀轨映射方法，充分利用了各种刀轨映射方法的优点，保证了刀轨映射的效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法
本专利技术涉及一种刀轨映射方法，尤其是一种在按工件实际面加工的过程中根据工件实际面不同的误差分布类型选择不同的刀轨映射方法从而保证刀轨映射效率和质量的方法，具体地说是一种考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法。
技术介绍
在产品加工中，加工设备、加工工艺、材料性能等因素均会导致工件变形，对于诸如飞机蒙皮、火箭壁板、发动机叶片等薄壁工件而言，变形导致理论面和实际面产生较大偏差，此时如果还按照理论面进行后续加工，会过切或者欠切，所以需要按照实际面重新计算实际刀轨，再根据实际刀轨进行加工，重算刀轨时间长，期间机床不能进行任何生产活动，严重影响机床产能。刀轨映射是基于工件实际形状的几何特点以理论刀轨为依据快速生成实际刀轨的方法。目前主要有刀轨投影、等弧长映射、等参数映射等刀轨映射方法，它们各有优缺点。刀轨投影方便高效，但是当工件实际面和理论面偏离较远时无法保证投影后实际刀位点的位置精度，甚至工件理论面边界处的理论刀位点无法投影到实际面上；等弧长映射的刀轨映射方法可以保证工件实际面和理论面偏离较远时映射后实际刀位点位置足够精确，但是映射算法复杂、效率低而且在工件发生塑性变形的局部区域内由于弧长已经改变，这个方法不适用；等参数映射的刀轨映射方法既可以保证映射后实际刀位点的位置精确性也适用于工件发生塑性变形的局部区域但是需要精确的边界信息，而检测实际面的过程中边界信息很难精确获得，所以等参数映射不适用于在整张实际面上使用。传统的刀轨映射针对整个工件实际面只使用一种刀轨映射方法，而工件实际面和理论面往往误差变形情况各异，传统单一的刀轨映射方法无法保证效率和质量。针对以上问题，本专利提出一种考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法，该方法将多个传统单一的刀轨映射方法有机结合起来，先根据工件实际面不同误差类型的区域性分布特征划分区域，再根据划分结果针对不同误差类型的区域选择不同的刀轨映射方法将理论刀轨映射到工件实际面上完成刀轨映射，充分利用了各种刀轨映射方法的优点，保证了刀轨映射的效率和质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对按工件实际面加工中现有的刀轨映射方法无法应对工件实际面和理论面误差情况各异的问题，专利技术一种考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法，它能根据工件实际面不同误差类型的区域性分布特征划分区域，再根据划分结果针对不同的区域选择不同的刀轨映射方法从而同时保证刀轨映射效率和质量的方法。本专利技术的技术方案是：一种考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法，其特征在于首先根据工件理论面生成理论刀轨并从中提取理论刀位点，再将实际面与理论面对比得到实际面上不同误差类型的区域性分布特征，然后根据该区域性分布特征对实际面进行区域划分，得到对应于不同误差类型的误差区域，有均匀误差区域：工件实际面区域内误差在±δ范围内，δ由工艺人员根据经验确定；梯度误差区域：工件实际面区域内误差超过±δ范围并朝该区域边界不断加速增大，在区域边界处达到最大值，表现为实际面在这一边界处的翘曲；以及局部误差区域：工件实际面在某一区域内的误差超过±δ范围并向区域内部一点不断减速增大，最终在区域内某处达到该区域的局部误差最大值，表现为实际面上这一区域隆起形成凸包或塌陷形成凹坑。针对均匀误差区域采用投影的方法、针对梯度误差区域采用等弧长映射的方法、针对局部误差区域采用等参数映射的方法，将工件理论面上的理论刀位点映射到工件实际面上从而实现理论刀轨到实际刀轨的转换，完成刀轨映射。所述的针对梯度误差区域采用等弧长映射的方法，其特征在于使用刀轨文件中两个定位点J1和J2的连线L1构建等弧长映射的基准直线，再根据这条基准直线建立几何关系求解实际刀位点。定位点J1和J2为工件设计加工时的两个基准点，理论面和实际面的这两个点是重合的，所以将L1作为等弧长映射的基准。等弧长映射的具体步骤为：步骤一、连接两个定位点J1和J2获得空间的一条基准直线L1。步骤二、设Pt是一个理论刀位点，构建以直线L1为法矢并且过点Pt的平面T1。步骤三、将L1分别向理论面和实际面投影得两条投影曲线D1和D2，曲线D1和D2分别交平面T1于Ct和Cr。步骤四、测得Ct和Pt在理论面上连线的弧长为S1，在实际面上以Cr为起点，在平面T1和实际面的交线上确定点Pr使得Cr到Pr连线的弧长也等于S1。步骤五、多次迭代上述过程直至梯度误差区域内所有理论刀位点全部映射。此外，当梯度误差区域包络局部误差区域形成环形区域时，需要先对比理论面和实际面获得梯度误差和局部误差边界，然后根据局部误差区域的位置情况对该梯度误差区域进行再次分区并在不同子区域内使用各自的新基准进行等弧长映射，这些基准均由最初的定位点连线的基准平移获得。局部误差区域会影响等弧长映射的实施，所以需要根据局部误差区域的位置将梯度误差区域再次分区并且使用各自的基准以避免局部误差区域带来的影响。而均匀误差区域却不会影响等弧长映射的实施。所述的针对局部误差区域采用等参数映射的方法，其特征在于在理论面ST中找到对应于局部误差区域的子曲面STOM，求出理论刀位点在子曲面STOM上的u向和v向参数，记为Up和Vp，同样在实际面SR中找到对应于该局部误差区域的子曲面SROM，在SROM上取u向和v向参数为Up和Vp的点即为实际刀位点Pr，多次迭代上述过程直至局部误差区域内所有理论刀位点全部映射。此外，当局部误差区域包络在均匀误差区域中时，首先获得局部误差区域和均匀误差区域的边界，再分别在局部误差区域内使用等参数映射，在均匀误差区域内使用投影即可；当局部误差区域包络在梯度误差区域内时，先获得局部误差区域和梯度误差区域的边界，然后在局部误差区域中依然使用等参数映射，而此时梯度误差区域内的等弧长映射需要适当平移基准线才能进行。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术使用的刀轨映射方法和重新计算刀轨相比，速度大大提高，能高效地完成理论刀轨到实际刀轨的映射过程。2、本专利技术使用的刀轨分区映射方法和传统单一的刀轨映射方法相比，充分利用了各种刀轨映射方法的优点，避免了其缺点，能在应对工件实际面和理论面复杂变形情况时依然保证刀轨映射的效率和质量。附图说明图1为本专利技术的考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法流程图。图2为本专利技术所应用的示例工件误差区域性分布结果示意图，图中SR是实际面，ST是理论面。L和D是这个工件在两个方向上的尺寸。在SR上n1代表第一个梯度误差区域，j代表均匀误差区域，n2代表第二个梯度误差区域，m代表局部误差区域。图3为示例工件的加工刀轨文件图，图中每一行GOTO后面都是一个刀位点，每一个刀位点由其在工件加工坐标系下X,Y,Z坐标值和刀轴矢量组成。图4为等弧长映射整体示意图，其中SR是实际面，ST是理论面，J1和J2是两个定位点，Pt是理论刀位点，Pr是实际刀位点。连接J1和J2获得空间中的一条基准直线L1，构建以L1为法矢并且过Pt的平面T1，再将L1分别向理论面和实际面投影得两条投影曲线D1和D2，曲线D1和D2分别交平面T1于Ct和Cr，测得Ct和Pt在理论面上连线的弧长为S1，在实际面上以Cr为起点，在平面T1和实际面的交线上确定实际刀位点Pr使得Cr到Pr连线的弧长也等于S1。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法，其特征在于首先根据工件理论面生成理论刀轨并从中提取理论刀位点，再将实际面与理论面对比得到实际面上不同误差类型的区域性分布特征，然后根据该区域性分布特征对实际面进行区域划分，得到对应于不同误差类型的误差区域，有均匀误差区域：工件实际面区域内误差在±δ范围内，δ由工艺人员根据经验确定；梯度误差区域：工件实际面区域内误差超过±δ范围并朝该区域边界不断加速增大，在区域边界处达到最大值，表现为实际面在这一边界处的翘曲；以及局部误差区域：工件实际面在某一区域内的误差超过±δ范围并向区域内部一点不断减速增大，最终在区域内某处达到该区域的局部误差最大值，表现为实际面上这一区域隆起形成凸包，或塌陷形成凹坑；最后，针对不同的误差区域采用不同的方法将工件理论面上的理论刀位点映射到工件实际面上从而实现理论刀轨到实际刀轨的转换，完成刀轨映射：针对均匀误差区域采用投影的方法、针对梯度误差区域采用等弧长映射的方法、针对局部误差区域采用等参数映射的方法。

【技术特征摘要】
1.考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法，其特征在于首先根据工件理论面生成理论刀轨并从中提取理论刀位点，再将实际面与理论面对比得到实际面上不同误差类型的区域性分布特征，然后根据该区域性分布特征对实际面进行区域划分，得到对应于不同误差类型的误差区域，有均匀误差区域：工件实际面区域内误差在±δ范围内，δ由工艺人员根据经验确定；梯度误差区域：工件实际面区域内误差超过±δ范围并朝该区域边界不断加速增大，在区域边界处达到最大值，表现为实际面在这一边界处的翘曲；以及局部误差区域：工件实际面在某一区域内的误差超过±δ范围并向区域内部一点不断减速增大，最终在区域内某处达到该区域的局部误差最大值，表现为实际面上这一区域隆起形成凸包，或塌陷形成凹坑；最后，针对不同的误差区域采用不同的方法将工件理论面上的理论刀位点映射到工件实际面上从而实现理论刀轨到实际刀轨的转换，完成刀轨映射：针对均匀误差区域采用投影的方法、针对梯度误差区域采用等弧长映射的方法、针对局部误差区域采用等参数映射的方法。2.根据权利要求1所述的考虑误差区域性分布的数控加工刀轨分区映射方法，其特征在于针对梯度误差区域采用等弧长映射的方法时使用刀轨文件中两个定位点J1和J2的连线L1构建等弧长映射的基准直线，再根据这条基准直线建立几何关系求解实际刀位点；定位点J1和J2为工件设计加工时的两个基准点，理论面和实际面的这两个点是重合的，所以将L1作为等弧长映射的基准；等弧长映射的具体步骤为：步骤一、连接两个定位点J1和J2获得空间的一条基准直线L1；步骤二、设Pt是一个理论刀位点，构建以直线L1为法矢并且过点Pt的平面T1；步骤三、将L1分别向理论面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝小忠，李迎光，邓天池，陈耿祥，向兵飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32