三角Bézier曲面数控加工刀轨生成算法研究.doc

三角Bézier曲面数控加工刀轨生成算法研究 导读：就爱阅读网友为您分享以下“三角Bézier曲面数控加工刀轨生成算法研究”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92的支持! 高技术通讯20l 1年第21卷第l l期:1185—1189 doi:lO.3772/j.issn.1002J70.2011.11.012 三角B6zier曲面数控加工刀轨生成算法研究 孙殿柱崔传辉李延瑞 刘 健 (山东理工大学机械工程学院 淄博255091) 摘要 针对目前三角B6zier曲面数控加工刀轨生成效率与精度较低且难以有效解决刀 轨干涉等问题,提出了一种基于三角B6zier曲面的数控加工刀轨快速生成算法,该算法依 据三角B6zier曲面模型的型面特征规划刀位驱动点,基于三角B6zier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B6zier曲面片对应刀位点,取其中在刀 轴方向上投影位置最高的作为当前刀位点,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。实验证明该算法可快 速精确刀轨生成复杂三角B6zier曲面的数控加工刀轨。 关键词 三角B6zier曲面,刀位驱动点,动态索引,瞬时加工区域,数控加工刀轨 O 引言 基于产品外形采样数据进行三角B6zier曲面重 建,可快速、精确获取原始产品曲面模型,在逆向工 程的曲面造型中得到应用1引。研究三角B6zier曲 面数控加工刀轨生成方法,可为实现基于三角 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。目前对于直接基于三角B6zier 曲面生成数控加工刀轨的方法研究较少,通常基于 刀轨截平面法实现,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。 文献[4,5]采用跟踪求交法获取三角B6zier曲面与 刀轨截平面的交线,偏置交线上各交点生成行切数 控加工刀轨,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。本文针对目前基于 三角B6zier曲面求交实现数控加工刀轨存在的不 足,提出了一种基于三角B6zier曲面的球刀数控加 工刀轨生成方法:依据三角B6zier曲面模型的型面 特征规划刀位驱动点,建立三角B6zier曲面的动态 索引Rs树,基于动态索引R。S树快速获取瞬时 加工区域,迭代求解瞬时加工区域中各三角B6zier 曲面片对应刀位点,取其中在刀轴方向上投影位置 最高的作为当前刀位点,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,本文 算法可有效提高复杂i角Bzier曲面的球刀数控加 工刀轨生成效率、加工效率及加工精度。 1刀位驱动点规划 在刀轨生成前预先规划出刀位驱动点及其对应 法矢,据其计算无干涉刀位点生成加工刀轨,可有效 增加刀轨形式,如螺旋驱动刀轨、径向驱动刀轨等。 针对典型零件的加工采用以下两种不同方式获 取三角Bezier曲面刀位驱动点: (1)依据曲面模型特性,人为规划驱动几何体, 并将驱动几何体按精度要求离散为有序刀位驱动 点6。; (2)规划与模型相交的刀轨截平面集,对模型 与刀轨截平面进行求交获取有序的刀轨截面点一j, 对有序刀轨截面点进行数据压缩后作为刀位驱动 点。 在上述有序截面点压缩过程中,仅对同行有序 截面点集进行压缩。设同行有序截面点集为{Pi i =1,2,…,n},i、『为有序截面点序号,s为刀位驱动 国家自然科学基金和山东省自然科学基金(zR2010EM008)资助项目。 男,1956年生。博士.教授;研究方向:cAD/cAM一体化与逆向【程;联系人,Em8il:di∞zhus@ (收稿日期:2010舶-lO) 一1185— 万方数据 高技术通讯20】1年11月第21卷第儿期 点间距,具体压缩过程如下: (1)若n≥3,则设置i=1√=3,否则压缩过 程结束。 (2)计算P。与尸.之间的距离d,若ds,转至 步骤(4)。 (3)比较j+1与n的大小,若,+1≤n,则设 置j=j+1,返回步骤(2)。 (4)删除P。与P。之间的截面点,设置i=一1,比较i+2与n的大小,若j+2≤n.则设置j= i+2,返回步骤(2),否则压缩过程结束。 在刀位驱动点规划过程中,对刀位驱动点间距 及刀轨的行距进行精度控制,以保证刀轨生成精度。 设加工精度为s,刀具半径为R,则刀位驱动点间的 行距或问距可由公式s=2×￣/R2一(R—s)2求 得。 对于刀位驱动点对应法矢,三轴加工可将其设 为z轴正向,多轴加工可参考文献[6]对其进行设 定。 2瞬时加工区域获取 可