【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械加工领域，更具体地，涉及一种基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法。
技术介绍
1、自由曲面是指形状自由不规则，具有任意性，很难用数学公式表示的曲面，其普遍应用于工业与生活各个领域，特别是在风电制造、汽车制造、船舶制造、航空航天领域有极高应用价值。由于自由曲面产品相对常规曲面(如球面、柱面等)更复杂多变，在刚度强度方面通常拥有更好的表现，因此广泛存在于机械装备核心部件中，如飞机壳体、船舶螺旋桨叶片等，可以说自由曲面的制造水平是衡量一个国家制造业发展程度的重要标志。目前随着我国制造业迅速进步，自由曲面产品需求量快速增加，同时对自由曲面产品精度要求和质量要求也不断提高。
2、但在自由曲面铣削加工时，由于刀具与工件为刚性接触、加工材料去除率较大、曲面法向不断变化，使得切削力变化频繁，这降低了铣削系统稳定性，导致加工时精度常常无法满足要求，甚至影响加工设备寿命。
3、目前针对自由曲面铣削加工中负载稳定性问题，国内外已有学者进行了相关研究，其中大多采用在线速度优化的方法，但频繁的速度变化也同样影响加工稳定性，而且在线优化仅对切削力变化平缓情况适用，无法应对切削力突然激增的情况，导致优化后无法达到预期效果。(刘恒丽,王勇,董靖川.基于动态特性的数控铣削参数自适应在线优化[j].制造业自动化,2019,41(09):82-88+120.)
4、从轨迹角度出发，对自由曲面铣削进行离线恒负载轨迹规划仍存在一定空缺。离线恒负载轨迹规划需提前对切削力进行预测，但精确的切削力预测通常意味
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供了一种基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法。本方法基于dexel模型实现铣削加工材料去除率仿真计算以预测切削力变化情况，并通过阈值分割算法识别环切轨迹中危险加工区域并自适应插入变半径摆线轨迹，再利用正逆参数化映射完成对自由曲面的恒负载轨迹规划。使用该轨迹进行自由曲面铣削加工时，既保证了加工负载稳定性又保证了加工效率。
2、本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
3、基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，包括如下：
4、步骤一、获取待铣削自由曲面三维网格模型及加工刀具参数；
5、步骤二、对所述三维网格模型进行环切轨迹规划；
6、步骤三、基于所述三维网格构建工件dexel模型，并建立刀具参数模型；
7、步骤四、通过工件与刀具的布尔运算，计算环切轨迹材料去除率；
8、步骤五、根据所述材料去除率通过阈值分割识别环切轨迹危险加工区域；
9、步骤六、利用共形映射在危险加工区域生成变半径摆线替换该区域原始轨迹，获得自由曲面恒负载轨迹。
10、进一步地，所述加工刀具参数包括刀具直径参数和刀具长度参数。
11、进一步地，所述三维环切轨迹规划指通过边界连续偏置构造的无退刀的环形轨迹。
12、进一步地，所述构建工件dexel模型，包括：
13、根据所述三维网格模型获取包围盒，向xoy面投影获得投影矩形，并将投影矩形按照一定精度进行离散获得dexel投影网格；
14、在每一投影网格交点处作z轴方向射线与三维模型求交；
15、交点两两构成dexel对，与dexel投影网格共同组成可唯一描述三维模型的dexel长方体，从而构建出工件dexel模型。
16、进一步地，所述建立刀具参数模型，包括：
17、在环切轨迹相邻刀位点间进行线性插补，插入子刀位点；
18、在所有刀位点将刀具模型按底部半球面、顶部圆平面和中间圆柱面三部分进行参数化建模。
19、进一步地，工件与刀具间布尔运算，包括：
20、对于dexel投影网格交点引出射线，用δldexel表示布尔运算时发生切削长度，dw∈[dw_near,dw_far]表示工件模型，其中dw_near和dw_far分别表示工件模型近端点和远端点，dt∈[dt_near,dt_far]表示刀具模型，其中dt_near和dt_far分别表示刀具模型近端点和远端点，工件与刀具模型布尔运算公式如下：
21、
22、进一步地，计算环切轨迹材料去除率，具体为：
23、基于所述投影网格，用cellx和celly表示单个网格边长，各刀位点材料去除率mrri计算公式如下：
24、
25、其中δv表示当前刀位点下材料去除体积，t表示相邻两刀位点间刀具进给所花时间，δs表示两相邻刀位点间距离，vf表示刀具进给速度。
26、进一步地，所述危险加工区域是指在实际铣削过程中，切削力发生突变导致铣削系统不稳定，加工表面精度下降的轨迹区域。
27、进一步地，根据材料去除率识别环切轨迹危险加工区域，包括：
28、将各刀位点材料去除率与最佳分割阈值mrrthr比较，小于阈值为背景域，表示常规加工区域，大于阈值为目标域，表示危险加工区域，其中最佳分割阈值mrrthr等于使得背景域与目标域方差最大时的值。
29、进一步地，通过共形映射插入变半径摆线，生成自由曲面恒负载轨迹，包括：
30、(1)基于待铣削三维自由曲面网格，通过几何处理将其映射变换到平面参数域建立一一映射关系，并保存各网格元素在映射时产生的拉伸变形关系；
31、(2)平面参数域中，在危险加工区域生成轮廓中轴线即构成轮廓边界所有最大内切圆圆心的集合，将中轴线作为摆线引导线；
32、(3)沿引导线生成变半径摆线轨迹，并对该区域原始环切轨迹进行替换；
33、(4)基于所述三维网格模型与平面参数网格一一对应的映射关系，将平面参数域中插入摆线后的轨迹通过逆映射方式逆映射回三维，从而获得自由曲面恒负载铣削轨迹。
34、与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：
35、本专利技术以环切轨迹为原始轨迹，摆线轨迹为优化轨迹，并在规划过程中利用映射算法将三维轨迹规划降维至二维平面域，生成了恒负载自由曲面铣削加工轨迹。一方面引入映射处理将三维轨迹优化问题降维到二位参数域中，降低了轨迹规划难度；另一方面利用该轨迹进行自由曲面铣削加工时不仅避免了全摆线轨迹冗余问题保证加工效率，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，包括如下：
2.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述加工刀具参数包括刀具直径参数和刀具长度参数。
3.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述三维环切轨迹规划指通过边界连续偏置构造的无退刀的环形轨迹。
4.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述构建工件Dexel模型，包括：
5.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述建立刀具参数模型，包括：
6.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，工件与刀具间布尔运算，包括：
7.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，计算环切轨迹材料去除率，具体为：
8.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载
9.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，根据材料去除率识别环切轨迹危险加工区域，包括：
10.根据权利要求1所述的基于Dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，通过共形映射插入变半径摆线，生成自由曲面恒负载轨迹，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，包括如下：
2.根据权利要求1所述的基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述加工刀具参数包括刀具直径参数和刀具长度参数。
3.根据权利要求1所述的基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述三维环切轨迹规划指通过边界连续偏置构造的无退刀的环形轨迹。
4.根据权利要求1所述的基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述构建工件dexel模型，包括：
5.根据权利要求1所述的基于dexel模型的自由曲面恒负载铣削轨迹规划方法，其特征在于，所述建立刀具参数模型，包括：
6.根据权利要求1所述的基于dexel模型的自...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。