三角bézier曲面数控加工刀轨生成算法研究

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1、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92to.com的支持!高技术通讯20l1年第21卷第ll期:1185—1189doi:lO.3772/j.issn.1002JⅪ70.2011.11.012三角B6zier曲面数控加工刀轨生成算法研究①孙殿柱②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

2、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14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

3、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

4、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14特征规划刀位驱动点,建立三角B6zier曲面的动态索引R‘s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

5、高复杂i角B∈zier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

6、同行有序截面点集进行压缩。设同行有序截面点集为{Pii=1,2,…,n},i、『为有序截面点序号,s为刀位驱动①14国家自然科学基金(51075247)和山东省自然科学基金(zR2010EM008)资助项目。②男,1956年生。博士.教授;研究方向:cAD/cAM一体化与逆向【程;联系人,E・m8il:di∞zhus@sdut.edu.cn(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

7、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依据刀位驱动点及其法矢确定刀轴,查询到

8、刀轴距离不大于刀具半径的三角B6zier曲面片,并14将其作为当前瞬时加工区域。鉴于瞬时加工区