自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法技术

本发明专利技术公开了一种自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法，首先导入待加工的自由曲面模型，设置球头刀半径、行距、逼近误差最大允许值及其精度等数据；然后根据行距规划出一组截平面与曲面求交，以交线作为刀触点曲线，对截平面上的刀触点曲线提出以几何距离驱动刀触点调整的等弓高误差刀触点迭代搜索方法，提出以刀具切削包络面与刀触点轨迹线之间的最大距离作为逼近误差、采用自适应离散法进行逼近误差计算的方法；最后以等弓高误差刀触点的刀位点作为初值，提出步长自适应调整迭代的等误差刀位点计算方法，刀位点之间的逼近误差均在允许范围，从而获得自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨。刀等逼近误差精加工刀轨。刀等逼近误差精加工刀轨。

【技术实现步骤摘要】
自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法


[0001]本专利技术是关于计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)的
，特别是关于一种数控加工刀轨生成方法。

技术介绍

[0002]数控加工刀轨的逼近误差一般是指刀具在进给方向上加工产生的误差。逼近误差与相邻刀触点、刀位点的距离(即步长)正相关，一般通过控制步长的大小使逼近误差在阈值以下。步长规划方法主要有等参数法、等距法、步长筛选法和等误差步长法。为了使刀轨的逼近误差不大于阈值，等参数法和等距法的步长规划较为保守，导致产生大量冗余刀位点。步长筛选法对生成的刀位点计算逼近误差，去除满足逼近误差要求的两刀位点之间的所有刀位点，以减少冗余刀位点。
[0003]等误差步长法一般运用迭代方法计算出逼近误差等于阈值的刀位点，采用逐点计算的方式获得一行所有等误差刀位点。与其它方法生成的刀轨相比，等误差刀轨具有步长最大化、刀位点最少化的优点，能够有效提高数控加工进给速度和表面质量，十分适合对加工效率和表面质量要求高的自由曲面。对于三轴球头刀精加工，生成等误差刀轨的关键在于高效率计算出逼近误差和迭代步长获得满足精度要求的等误差刀位点。
[0004]中国专利申请号为ZL202110004876.3的专利技术专利公开了一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。该方法主要包括平底刀五轴加工的逼近误差计算和等误差刀轨生成，首先对刀触点轨迹线上的刀触点计算出平底刀五轴刀位点和刀轴矢量，并计算出平底刀五轴加工的逼近误差，再调整步长实现等误差的要求，最后获得平底刀五轴加工的等误差刀轨。
[0005]论文《等误差步长法计算点云数控加工刀轨方法研究》(2017年发表于《制造业自动化》期刊，39卷，9期，第50
‑
53页)和《截面线等误差步长法计算点云刀具路径规划》(2013年发表于《机械科学与技术》期刊，32卷，6期，第824
‑
828页)针对点云模型给出了等误差步长法计算球头刀精加工刀轨的方法，主要通过对点云进行切片获得离散刀触点，采用不同的方法对刀触点构造以逼近误差最大允许值的圆、计算切线的方式计算出等误差刀触点，最后再生成刀位点并进行误差校核。
[0006]论文《三角网格曲面加工刀具路径生成等误差步长算法研究》(2015年发表于《机械科学与技术》期刊，34卷，9期，第1370
‑
1374页)针对三角网格模型给出了等误差步长法计算球头刀精加工刀轨的方法，首先对三角网格生成离散刀触点点集，再判断相邻刀触点之间的逼近误差是否满足等误差要求，并进行刀触点删除和插值新增的操作，直至获得等误差刀位点。
[0007]上述专利和论文都是生成等误差刀轨的方法，但刀轨类型和适用的对象不同，方法也差别很大。申请号为ZL202110004876.3的专利针对平底刀五轴加工，所计算的逼近误差是平底刀五轴联动形成的包络面与曲面之间的最大偏差，受旋转轴联动产生的非线性误差和XYZ轴联动产生的线性误差共同影响。
[0008]球头刀三轴加工的逼近误差不同于平底刀五轴加工，不存在非线性误差，且线性误差也不同于平底刀。上述第1、2篇论文都是针对点云模型的球头刀三轴加工，点云模型由海量离散点组成，无法提供连续、完整的模型数据，因此两篇论文都采用了求交法进行刀触点轨迹线的规划，并采用不同的方法针对离散数据点计算出等误差刀触点，再对刀触点进行调整进而获得等误差刀位点。上述第3篇论文不通过调整步长而是对已有刀触点删除、插值新增的方式筛选等误差刀触点，其精度和效率受限于已有刀触点的密度，本质上类似于筛选法。
[0009]由于五轴和三轴、平底刀和球头刀、曲面和点云、三角网格之间的差别，上述方法无法对自由曲面球头刀三轴加工计算出逼近误差，因此也无法生成等误差刀轨。
[0010]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法，其能够高效率计算出三轴球头刀精加工刀轨的逼近误差并生成等逼近误差刀轨。
[0012]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法，其特征在于，包含以下步骤：
[0013]步骤1导入曲面模型，设置加工参数；
[0014]步骤2计算等弓高误差刀触点；
[0015]步骤3计算相邻刀位点之间的逼近误差；
[0016]步骤4计算等逼近误差刀轨。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述的步骤1中，所述加工参数包括：设置球头刀半径R、逼近误差最大允许值e及其精度e
ε
、刀轨行数n。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述的步骤2中，计算等弓高误差刀触点包括：(1)生成等弓高误差刀触点初值；(2)构造等弓高误差刀触点迭代点；(3)判断等弓高误差刀触点迭代点是否满足精度要求。
[0019]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述的步骤3中，计算相邻刀位点之间的逼近误差包括：获取刀触点离散区间和数量；获取离散区间内的点集；计算点集对应的逼近误差；判断逼近误差是否满足精度要求。
[0020]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述的步骤4中，计算等逼近误差刀轨包括：计算出当前刀触点的刀位点以及到下一个刀触点的步长；运用步骤3计算出相邻刀位点之间的逼近误差；判断逼近误差是否满足等误差精度要求，计算自适应新步长。
[0021]与现有技术相比，根据本专利技术，在步骤2中，通过构造几何元素(圆、切线、等距线、中垂线)表达弓高误差几何原理，并以此进行迭代计算，能够高效率地计算出给定精度的等弓高误差刀触点；在步骤3中，提出以球头刀刀具切削包络面(即刀位点连线为轴线、刀具半径构造出的圆柱体)与刀触点轨迹线之间的最大距离作为逼近误差，采用刀触点自适应离散法计算逼近误差，通过迭代改变刀触点离散区间计算出满足精度要求的逼近误差，能够有效减少逼近误差计算过程的迭代次数；
[0022]在步骤4中，根据逼近误差自适应调整步长，以此迭代计算出等误差刀位点，能够
有效减少等误差刀位点计算过程的迭代次数，从而减少计算时间。
[0023]利用本专利技术的方法，能够高效率地计算出等弓高误差刀触点和逼近误差，并以等弓高误差刀触点的刀位点作为初值，采用步长自适应调整迭代的方法计算出等误差刀轨，实现自由曲面三轴球头刀精加工等误差刀轨的高效率生成。
附图说明
[0024]图1是根据本专利技术一实施方式的弓高误差e
c
与逼近误差e
s
；
[0025]图2是根据本专利技术一实施方式的刀触点P
iCC
处切线及其等距线示意图；
[0026]图3是根据本专利技术一实施方式的迭代点示意图；
[0027]图4是根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：导入曲面模型，设置加工参数；步骤2：计算等弓高误差刀触点；步骤3：计算相邻刀位点之间的逼近误差；步骤4：计算等逼近误差刀轨。2.如权利要求1所述的自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法，其特征在于，所述加工参数包括：设置球头刀半径R、逼近误差最大允许值e及其精度e
ε
、刀轨行数n。3.如权利要求1所述的自由曲面三轴球头刀等逼近误差精加工刀轨生成方法，其特征在于，所述计算等弓高误差刀触点包括：根据行距规划出截平面并与曲面求交，以交线作为刀触点曲线；以几何距离驱动刀触点调整，获得等弓...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天力，刘威，范吕阳，张子煜，李鹏飞，马振武，张元晶，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：