本发明专利技术提供一种三角Bézier曲面数控加工刀轨生成方法，其特征在于依据三角Bézier曲面模型的型面特征规划刀位驱动点，基于三角Bézier曲面的动态索引获取瞬时加工区域，迭代求解瞬时加工区域中各三角Bézier曲面片对应刀位点，取其中在刀轴方向上投影位置最高的刀位点作为当前刀位点，逐一对刀位驱动点进行无干涉刀位点计算，检测相邻刀位点间的极限加工误差并采用二分插值法控制刀轨精度，最终生成满足精度要求的数控加工刀轨，实验证明该方法刀轨生成速度快、精度高，适用于复杂三角Bézier曲面的球刀数控加工刀轨生成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种三角B6zier曲面数控加工刀轨生成方法，属于计算机辅助制造 领域。
技术介绍
在产品逆向工程中，三角B6zier曲面因其具有构型灵活、边界适应性好等优点， 可有效用于解决复杂点云数据的曲面快速、精确重建问题。目前，三角B6zier曲面表示的 产品数字化模型不能被主流CAD/CAM系统兼容，难以进行数控加工。研究三角B6zier曲面 数控刀轨生成方法，通过三角B6zier曲面直接生成数控刀轨，对于提高逆向工程中产品开 发效率与制造精度具有重要意义。对现有的技术文献检索发现，肖尧先等，在学术期刊《计算机辅助设计与图形学学 报》2001，13(7) ,P631-635上发表的论文“三角B6zier曲面的粗加工数控编程”中，基于截 平面法实现三角B6zier曲面行切刀轨。刀轨生成效率与精度主要依赖于曲面与刀轨截平 面的求交效率与交线计算精度，在生成精加工行切刀轨时，边界点计算繁琐且不稳定，刀轨 生成效率低。综上所述，现有的三角B6zier曲面数控加工刀轨生成方法通常基于刀轨截平面 法实现，获取三角B6zier曲面与刀轨截平面的交线，偏置交线上各交点生成行切加工刀 轨，该方法在偏置过程中只考虑了交点处的局部曲率，不能避免刀轨中的干涉问题，刀轨精 度低，并且所生成刀轨的每行刀位点不在同一截面内，刀轨长度较大、加工效率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效避免刀轨中 的干涉问题，刀轨精度高，加工效率高的三角B6zier曲面数控加工刀轨生成方法，为实现 基于三角B6zier曲面造型技术的逆向工程与数控加工的无缝集成奠定重要基础。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是该三角B6zier曲面数控加工刀轨 生成方法，其特征在于步骤依次为1)依据三角B6zier曲面模型的型面特征规划刀位驱动 点；2)将三角B6zier面片对应的控制顶点集合作为数据结点，采用k-means聚类分簇算法 对结点轴向包围盒集合进行动态空间聚类划分，建立三角B6zier曲面的动态R*S树索引结 构；3)采用动态R*S树索引结构的深度优先遍历法查询距刀轴距离小于等于刀具半径的叶 结点集，查询得到的叶结点集所包含的三角B6zier曲面片即为瞬时加工区域；4)计算瞬时 加工区域中各三角B6zier曲面片对应刀位点，获取瞬时加工区域对应的刀位点集，取刀位 点集中在刀轴方向上投影位置最高的点作为无干涉刀位点力)根据相邻无干涉刀位点间 的极限加工误差采用二分插值法控制刀轨精度，最终生成满足精度要求的数控加工刀轨。优选的，步骤1)中所述依据三角B6Zier曲面模型的型面特征规划刀位驱动点的 方法具体为(1)依据曲面模型的型面特征，规划驱动几何体，并将驱动几何体按精度要求 离散为有序刀位驱动点；( 依据刀轨行距规划与曲面模型相交的刀轨截平面集，将曲面模型与每一刀轨截平面集进行求交，获取有序刀轨截面点集，对有序刀轨截面点集进行数 据压缩后作为刀位驱动点。上述步骤O)中对有序刀轨截面点集进行数据压缩过程中，仅对同行有序截面点 集进行压缩，具体步骤为将同行η个有序截面点表示为{P」i = 1，2，...，n}，设s为刀位 驱动点间距，①若η彡3，则设置i = 1，j = 3，否则压缩过程结束；②计算Pi与Pj之间的 距离山若d > s，转至步骤④；③比较j+Ι与η的大小，若j+1 ^ n，则设置j = j+1，转向步 骤②；④删除Pi与Pp1之间的截面点，设置i = j_l，比较i+2与η的大小，若i+2 ^ η,则 设置j = i+2，转向步骤②，否则压缩过程结束。优选的，步骤3)中所述采用R*S树索引结构的深度优先遍历法查询距刀轴距离小 于等于刀具半径的叶结点集的方法具体是对于每个刀位驱动点，①将结点N指向R*S树索 引结构的根结点；②若结点N到刀轴的距离大于刀具半径，转至步骤④；③若结点N为叶结 点，则将其插入到切削区域结点序列中，否则将结点N中子结点插入到结点序列中；④若结 点序列不为空，从结点序列中取出一个子结点，将结点N指向该子结点并转向步骤②，否则 查询过程结束。优选的，步骤4)中所述计算瞬时加工区域中各三角B6zier曲面片对应刀位点 的方法具体是(1)在当前刀轴上计算距三角B6zier曲面的最近点，将该最近点作为该曲 面片对应初始刀位点Pt ； (2)计算Pt到该曲面片近曲面点Pn的距离d，令刀具半径为R,若d-R|小于用户设定的精度阈值δ，Pt即为当前三角B6zier曲面片对应的刀位点，则刀位 点计算过程结束；( 依据近曲面点Pn的法矢信息对刀位点Pt进行调整，转至步骤(2)。上述步骤(3)中依据近曲面APn的法矢信息对刀位点Pt进行调整的方法具体为 ①过三角B6zier曲面片对应初始刀位点Pt的近曲面点Pn及刀轴Z建立辅助平面F ；②将 辅助平面F的法矢np与近曲面点Pn处的曲面法矢Iitl叉乘，获取近曲面点Pn在辅助平面F 内的跟踪方向H1,分别沿H1的正反方向按一定的步长跟踪得到曲面上近曲面点Pn的邻近点 P0与P1 ；③过P。、P > P1三点作圆C，将Iitl投影到辅助平面F内获得近曲面点Pn在辅助平面 F内的方向矢量n，以近曲面点Pn为η的起点定义η矢端所在位置为圆C的外侧，在圆C外 侧且在Z上求解到C的小距离为刀具半径的点Pt'，Pt'即为调整后的刀位点。优选的，步骤幻中所述采用二分插值法控制刀轨精度的方法具体是依据刀具半 径R及相邻刀位点间距1，采用公式3 = R - >2-(//2)2计算两刀位点间的极限加工误差5，若 所求极限加工误差大于用户设定的精度阈值，采用二分插值法对其进行精度补偿，即在两 刀位点对应的刀位驱动点队、D1的中间位置插入新刀位驱动点D，取队、D1的对应法矢的平 均值为D的对应法矢，计算D对应刀位点，并从Dtl对应的刀位点开始重新检测相邻刀位点 间的极限加工误差。与现有技术相比，本专利技术三角B6zier曲面数控加工刀轨生成方法所具有的有益 效果是1)基于三角B6zier曲面的动态索引，快速、准确获取刀位驱动点对应瞬时加工区 域，有效提高了三角B6zier曲面数控加工刀轨的生成效率；2)针对球刀提出了三角B6zier曲面无干涉刀位点获取方法，保证获取的刀位点 严格位于预规划的刀位驱动点法矢上，有效缩短了行切加工刀轨的刀轨长度，提高其加工 效率；53)依据预规划的刀位驱动点生成刀轨，有效增加了刀轨形式，并通过二分插值法 控制刀轨精度，效保证了三角B6zier曲面模型的数控刀轨的生成精度。附图说明图1为本专利技术程序流程图；图2为本专利技术三角B6zier面片控制顶点轴向包围盒示意图；图3为本专利技术实施例米老鼠三角B6zier曲面的渲染效果图；图4 图7为本专利技术对米老鼠三角B6zier曲面所建立的动态空间索引R*S结构 各层结点轴向包围盒效果图；图8为本专利技术数控加工刀轨生成流程图；图9 12为本专利技术实施例中瞬时加工区域获取各层结点的查询过程；图13为本专利技术实施例中查询得到的瞬时加工区域；图14 图16为本专利技术刀位点调整的示意图；图17 图18为本专利技术实施例米老鼠三角B6zier曲面生成的螺旋驱动刀轨效果 图及实际加工效果；图19 图20为人脸三本文档来自技高网...
【技术保护点】
三角Ｂéｚｉｅｒ曲面数控加工刀轨生成方法，其特征在于步骤依次为：１）依据三角Ｂéｚｉｅｒ曲面模型的型面特征规划刀位驱动点；２）将三角Ｂéｚｉｅｒ面片对应的控制顶点集合作为数据结点，采用ｋ－ｍｅａｎｓ聚类分簇算法对结点轴向包围盒集合进行动态空间聚类划分，建立三角Ｂéｚｉｅｒ曲面的动态Ｒ＊Ｓ树索引结构；３）采用动态Ｒ＊Ｓ树索引结构的深度优先遍历法查询距刀轴距离小于等于刀具半径的叶结点集，查询得到的叶结点集所包含的三角Ｂéｚｉｅｒ曲面片即为瞬时加工区域；４）计算瞬时加工区域中各三角Ｂéｚｉｅｒ曲面片对应刀位点，获取瞬时加工区域对应的刀位点集，取刀位点集中在刀轴方向上投影位置最高的点作为无干涉刀位点；５）根据相邻无干涉刀位点间的极限加工误差采用二分插值法控制刀轨精度，最终生成满足精度要求的数控加工刀轨。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙殿柱，康新才，李延瑞，孙永伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：37
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