【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自由曲面加工路径规划，具体涉及一种基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法。
技术介绍
1、随着复杂曲面在工业领域的应用日趋广泛，复杂曲面的数控加工技术受到了越来越多的关注。当前的五轴加工刀位规划方法往往仅着眼于几何学层面，缺乏对数控加工过程中几何及物理信息，例如材料去除率、刀具路径与最优走刀方向的偏离程度等的综合考量，难以满足以高效率、高几何精度和高服役性能为目标的叶轮、叶片等具有复杂曲面的零件的五轴加工轨迹规划要求。
2、将流线场与复杂曲面的加工结合，使得规划出的加工路径兼顾效率与气动特性，即轨迹平滑、无自相交现象，更加贴合实际加工问题。然而，现有技术在流线场建模方面，流线场控制方程对于复杂曲面加工的适应性尚有不足，尤其是复杂走刀方向场的控制方程，通常直接将流线作为轨迹线，与最优走到方向的匹配程度不佳，对于曲面曲率等几何信息考虑不足，故控制方程局部的微调与精修就有可能导致较大的拟合偏差。在流线轨迹设计方面，现有的流线轨迹排布策略仍主要釆用限残高方式，但由于流线自身特殊的性质，仅依据当前流线轨迹最小行距偏置得到的下一条流线轨迹有可能超出残差要求。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法。
2、本专利技术解决所述技术问题采用如下的技术方案：
3、一种基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
4、步骤1：获取复杂
5、步骤2：计算复杂曲面上各参数点处沿u、v方向的最优走刀方向；
6、步骤3：将参数点处沿u、v方向的最优走刀方向视为不可压缩平面流场中的速度方向，根据平面流线性质反求流函数；
7、步骤4：生成各条流线型刀触点轨迹；
8、4.1)根据流函数构造流线，以某一流线与参数域边界的交点作为初始种子点，根据建立微分方程，其中通过四阶龙格库塔法求解微分方程，追踪得到经过初始种子点的流线路径；将经过初始种子点的流线路径反向映射至加工曲面上，得到初始流线型刀触点轨迹；
9、4.2)根据初始流线型刀触点轨迹构建初始路径样条插值曲线，根据初始路径样条插值曲线计算各路径点处的曲率；当曲率为0时，路径点处的加工带宽l为：
10、
11、曲率为正时，路径点处的加工带宽为：
12、
13、曲率为负时，路径点处的加工带宽为：
14、
15、式中，r为路径点处的曲率半径，r为刀具半径，h为残留高度；
16、根据式(10)求得参数点处沿u、v方向的参数增量δu和δv；
17、
18、式中，n为参数点处的法向量；
19、4.3)在原参数点的u、v方向上分别加上参数增量δu和δv，得到新参数点；根据式(4)分别计算原参数点和新参数点的流函数值，将最小流函数值差值对应的新参数点为新种子点，重复步骤4.1)～4.3)，追踪得到所有流线型刀触点轨迹；
20、步骤5：根据所有流线型刀触点轨迹生成最终的刀触点轨迹；
21、步骤6：考虑刀触点与刀位点之间的几何关系，根据式(11)得到各刀位点坐标，进而得到加工轨迹；
22、
23、式中，o为刀位点坐标，p为刀触点坐标，x为单位切向矢量，z为单位法向量，d1为刀触点到刀轴的距离，d2为刀触点沿刀轴到刀尖的距离，λ为刀轴与单位法向量z的夹角，ω为切平面内刀轴的投影线与单位切向矢量x的夹角。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
25、1.根据平面流场性质，使用基于b样条基函数的多项式来重构走刀矢量场的流函数，并采用共轭梯度法求解关于流函数控制系数矩阵的非对称线性方程组，同时在迭代过程使用gmres方法对迭代进行细化，得到更精确的方程解用于构建更优的流函数。
26、2.考虑曲面上不同曲率对加工带宽的影响，在不同曲率下根据残留高度计算合适的加工带宽以对轨迹进行精确计算，提高加工精度。
27、3.根据刀具路径在曲面边缘的碰撞与冗余情况，删除可能产生碰撞的路径与无效路径，有效减少路径长度，同时实现了刀触点轨迹到刀位点轨迹的转化，给出了流线路径的生成和排布方式，实现了局部走刀方向与整体路径排布的兼顾，综合考虑曲面信息，生成光顺且总长度较短的刀具路径，适合用于高精度、高效率的加工情况。
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1.一种基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，步骤5中，首先，删除初始流线型刀触点轨迹，将第二条流线型刀触点轨迹至最后一条流线型刀触点轨迹作为流线轨迹；
3.根据权利要求1所述的基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，步骤2中，根据参数点处的最优走刀方向和沿u、v方向的偏导矢量，得到参数点处的最优走刀方向向量f为：
4.根据权利要求1～3任一所述的基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，采用B样条基函数的多项式表征流函数，则流函数ψ(u,v)为：
【技术特征摘要】
1.一种基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于流线场驱动的复杂曲面加工轨迹创成方法，其特征在于，步骤5中，首先，删除初始流线型刀触点轨迹，将第二条流线型刀触点轨迹至最后一条流线型刀触点轨迹作为流线轨迹；
3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，张全胜，于城蛟，梁家庆，张硕文，田帅鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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