一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，包括如下步骤：一、对待加工工件曲面进行三维建模；二、对三维模型进行切片处理，以切片轮廓作为初始刀具轨迹；三、对三维模型进行离散处理，从而得到待加工曲面表面的若干离散特征点；四、建立刀具模型；五、根据加工曲面三维模型的离散数据优化刀具轨迹，获得优化刀具轨迹；即判断刀具在初始刀具轨迹上某一位置时，刀具内部是否存在工件表面离散特征点，如果存在，则将刀具进行沿刀轴方向的抬升，直至刀具内部不存在离散特征点；如果刀具内部不存在工件表面离散特征点，则保持原轨迹不动；对初始刀具轨迹上的所有刀位点进行计算，获得优化后的刀具轨迹。该方法实现简单，通用性好，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法


[0001]本专利技术涉及数控铣削加工的
，尤其涉及一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]目前，在航空航天、汽车和模具等制造业中，存在很多具有复杂曲面外形的零件，这类零件的生产制造往往是整个生产过程中的难点。随着计算机技术的发展，数控技术为这类零件的生产制造提供了更好的选择。数控加工中，加工程序的好坏直接影响了零件的加工效果和加工效率，手动人工数控编程、程序试切验证等传统制造工艺已经无法满足快速发展的工业需求。
[0003]计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，简称CAM)技术是数控技术的关键环节，CAM软件根据零件的几何信息，自动进行刀具轨迹的规划和加工程序的生成。对于复杂曲面的数控加工必须借助CAM软件，因此，CAM软件对当今制造业的发展非常重要。
[0004]CAM技术中，刀具轨迹规划是其中的重要环节。对于三轴数控加工中，在理想情况下，刀具只需以恒定姿态沿工件轮廓进行切削，即可加工出工件的复杂曲面，然而由于刀具半径的存在，刀具直接沿工件表面轮廓进行切削可能与工件表面存在局部过切。
[0005]如图1所示，是刀具与工件表面局部过切示意图。为便于确定刀具在工件坐标系中的位置，通常选取刀具一固定位置作为控制刀具运动的驱动点，该点被称之为刀位点。刀具刀位点的轨迹即为刀具轨迹。对于三轴数控加工(即刀具仅能进行XYZ三轴平移运动，而不能进行姿态变化)，刀轴方向均为Z轴正方向。以曲面加工中常用的球刀为例，以球刀刀尖作为刀位点。若直接驱动刀具沿刀具轨迹进行加工，因刀具半径的存在，刀具在点P位置时与工件表面产生了干涉，带来了局部过切，从而影响工件表面的面形精度与质量。
[0006]现有技术中，避免刀具与工件表面发生局部过切的方法很多，常见的方法一是通过旋转刀轴角度，以避免过切(例如CN201310467081.1公开的“一种基于刀具姿态渐变的加工误差均布方法”)；二是通过半径补偿避免过切(例如CN201810495721.2公开的“一种工业机器人铣削复杂曲面无过切刀具路径插补方法”)。然而对于三轴数控加工来说，由于刀具不能进行姿态变化，因此不能通过规划刀轴角度的方法避免刀具过切。而半径补偿方法只适用于球头铣刀，缺乏通用性。
[0007]因此，为保证加工工件表面的质量，避免刀具与工件表面的局部过切，必须寻求一种计算方法简单、通用性好的刀具轨迹规划方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，其对刀具轨迹的每一点进行刀具过切判断，并对刀具轨迹进行优化，从而避免刀具过切。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：
[0010]一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，包括如下步骤：
[0011]一、对待加工工件曲面进行三维建模；
[0012]二、对三维模型进行切片处理，以切片轮廓作为初始刀具轨迹；
[0013]三、对三维模型进行离散处理，从而得到待加工曲面表面的若干离散特征点；
[0014]四、建立刀具模型；
[0015]五、根据加工曲面三维模型的离散数据优化刀具轨迹，获得优化刀具轨迹；即判断刀具在初始刀具轨迹上某一位置时，刀具内部是否存在工件表面离散特征点，如果存在，则将刀具进行沿刀轴方向的抬升，直至刀具内部不存在离散特征点；如果刀具内部不存在工件表面离散特征点，则保持原轨迹不动；对初始刀具轨迹上的所有刀位点进行计算，获得优化后的刀具轨迹。
[0016]优选的，所述步骤五中，刀具抬升距离的计算方法为：以刀具内部其中一个离散特征点为起点，沿刀轴反方向的射线与刀具底面的交点，并计算该射线起点到交点的距离，刀具沿刀轴方向抬升该距离即可避免刀具对该离散特征点的过切；对于刀具内部的其他特征点均按此方法计算抬升距离，并取最大值作为刀具在此处的最终抬升距离。
[0017]优选的，所述步骤五中，刀具抬升距离的计算方法为：首先将刀具内部的所有特征点均绕刀轴旋转至一固定平面；然后计算出刀具在这一固定平面上的轮廓曲线；最后在该固定平面上计算以特征点为起点沿刀轴反方向的射线与该固定平面刀具轮廓曲线的交点，并计算起点到交点的距离；所有特征点的所述距离中的最大值作为刀具在此处的最终抬升距离。
[0018]优选的，所述步骤一采用三维建模软件进行建模，并转成STL模型格式；所述步骤二获得切片轮廓的方法包括如下步骤：
[0019](1)首先将STL模型中每个三角面片与切平面求交得到的两个交点组成一条小线段，则STL模型中若干三角面片与切平面求交可得若干条小线段；
[0020](2)以与同一切平面求交得到的若干小线段中某一小线段为起始小线段，以该起始小线段的一端点为公共点，在剩余小线段中搜索该公共点所在的另外一条小线段，该小线段即为起始小线段的相邻小线段；然后再以第二条小线段的非公共点端点为新公共点，在剩余小线段中继续搜索新公共点所在的另外一条小线段；重复这个过程，即可实现对无序小线段的排序，进而实现对该切平面切片交点的排序；
[0021](3)确定起始小线段，对于切片轮廓为封闭二维轮廓的模型，起始小线段可为其中的任意一条小线段；对于切片轮廓为非封闭二维轮廓的模型，起始小线段必须在其一端点。
[0022]优选的，所述步骤一采用三维建模软件进行建模，并转成STL模型格式；所述步骤三对STL模型进行离散处理的方法为：首先，确定三角面片三条边中的最长边，过最长边外一点，作最长边的垂线，将原三角面片分为两个直角三角面片；再将直角三角面片的一条直角边进行等间距离散，将该直角边离散点沿另一条直角边方向进行等距偏移，直至偏移点在直角三角面片外部；这个过程中的偏移点即为该直角三角面片的离散特征点，对另一直角三角面片采用同样的方法进行离散；如此即完成了一个三角面片的离散，对STL模型中所有三角面片重复上述过程，即可完成整个STL模型的离散。
[0023]优选的，所述步骤五中，在对刀具轨迹进行优化前，先对刀具轨迹进行等距插值，插值点为所述的刀位点，具体步骤为：
[0024](1)以刀具轨迹的起点为圆心，以设定步长为半径作圆，计算刀具轨迹中与该圆存
在交点的相邻两点连线，并以交点为分割点，将刀具轨迹分为前后两段；
[0025](2)以后面一段刀具轨迹的起点为圆心，继续以设定步长为半径作圆，计算刀具轨迹中与该圆存在交点的相邻两点连线，然后计算圆与两点连线的交点坐标，并以该坐标为分割点，将刀具轨迹分为前后两段；
[0026](3)重复以上步骤，直至在以后面一段刀具轨迹的起点为圆心作半径为设定步长的圆时，刀具轨迹中无相邻两点连线与该圆存在交点。
[0027]采用上述方案后，本专利技术将工件表面进行离散，得到能表达工件表面几何特征的空间离散特征点，此时，刀具在某一位置时与工件表面发生过切的局部特征，可简化为刀具在该位置时刀具内部存在的工件表面离散特征点；然后将刀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，其特征在于包括如下步骤：一、对待加工工件曲面进行三维建模；二、对三维模型进行切片处理，以切片轮廓作为初始刀具轨迹；三、对三维模型进行离散处理，从而得到待加工曲面表面的若干离散特征点；四、建立刀具模型；五、根据加工曲面三维模型的离散数据优化刀具轨迹，获得优化刀具轨迹；即判断刀具在初始刀具轨迹上某一位置时，刀具内部是否存在工件表面离散特征点，如果存在，则将刀具进行沿刀轴方向的抬升，直至刀具内部不存在离散特征点；如果刀具内部不存在工件表面离散特征点，则保持原轨迹不动；对初始刀具轨迹上的所有刀位点进行计算，获得优化后的刀具轨迹。2.根据权利要求1所述的一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，其特征在于所述步骤五中，刀具抬升距离的计算方法为：以刀具内部其中一个离散特征点为起点，沿刀轴反方向的射线与刀具底面的交点，并计算该射线起点到交点的距离，刀具沿刀轴方向抬升该距离即可避免刀具对该离散特征点的过切；对于刀具内部的其他特征点均按此方法计算抬升距离，并取最大值作为刀具在此处的最终抬升距离。3.根据权利要求1所述的一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，其特征在于所述步骤五中，刀具抬升距离的计算方法为：首先将刀具内部的所有特征点均绕刀轴旋转至一固定平面；然后计算出刀具在这一固定平面上的轮廓曲线；最后在该固定平面上计算以特征点为起点沿刀轴反方向的射线与该固定平面刀具轮廓曲线的交点，并计算起点到交点的距离；所有特征点的所述距离中的最大值作为刀具在此处的最终抬升距离。4.根据权利要求1
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3任一所述的一种避免刀具过切的刀具轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤一采用三维建模软件进行建模，并转成STL模型格式；所述步骤二获得切片轮廓的方法包括如下步骤：（1）首先将STL模型中每个三角面片与切平面求交得到的两个交点组成一条小线段，则STL模型中若干三角面片与切平面求交可得若干条小线段；（2）以与同一切平面求交得到的若干小线段中某一小线段为起始小线段，以该起始小线段的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯晓龙，李田，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：