[发明专利]产品三角网格模型的环切粗加工NC刀轨生成方法

说明书

技术领域

本发明提供一种产品三角网格模型的环切粗加工NC刀轨生成方法，属于计算机辅助制造技术领域。

背景技术

在产品逆向工程中，通常采用激光扫描仪等设备获取产品实体模型表面的散乱点云数据，并对该数据进行三角剖分生成三角网格模型，逼近原实体模型。基于三角网格模型直接生成

数控加工刀轨，可避免产品CAD模型的重建过程及模型重建的累计误差，从而有效提高基于逆向工程的产品开发效率及加工精度。

对现有技术文献检索发现，刘磊等在学术期刊《华中理工大学学报》1999，27(2)：P10-12上发表的学术论文“基于仿型测量数据的层切法数控加工”中，将仿型测量数据数据剖分为三角多面体模型，将该三角多面体模型与切削平面求交获取轮廓环，依据轮廓环间的拓扑关系确定加工区域，偏置轮廓环生成环切粗加工NC刀轨，在加工过程中所选刀具的尺寸、形状必须与测头一致，严重制约了其应用范围，算法适用性差。刘芬等在学术期刊《计算机工程与设计》2003，24(11)：P119-12上发表的学术论文“多实体截面轮廓环的管理及边界的自动提取”中，对由实体生成的STL文件进行分层，并获取封闭的轮廓环，采用二叉树组织轮廓环间的拓扑关系，确定加工区域，通过对轮廓环进行偏置生成环切粗加工NC刀轨，该方法只适用于实体模型，不能对非封闭的三角网格模型生成正确的加工刀轨。

综上所述，现有文献中所述方法对一般三角网格模型不能有效的提取出其轮廓环，并进行相应的拓扑关系建立以实现环切加工刀路的生成，基于三角网格模型快速生成环切粗加工NC刀轨成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、适应性强的产品三角网格模型的环切粗加工NC刀轨生成方法：

一种产品三角网格模型的环切粗加工NC刀轨生成方法，其特征在于步骤依次为：1)改进R＊-树得到适合于存储产品三角网格模型的动态空间索引结构R＊S-树，基于该结构建立产品三角网格模型的动态空间索引结构，改进R＊-树动态空间索引数据结构得到R＊S-树的方法具体是：将三角面片及索引结点MBR即最小包围矩形统一表示为四维点对象(x，y，z，r)，其中x，y，z为MBR中心坐标，r为MBR外接球半径值，通过三角面片集合的聚类分簇，构建产品三角网格模型动态空间索引结构；2)基于产品三角网格模型的动态空间索引结构快速建立三角网格模型的Z向包络面；3)采用R＊S-树建立包络面的动态空间索引结构，以垂直于Z轴的粗加工层所在平面为切削平面，依据切削平面与三角网格模型空间索引结构各层结点的位置关系，逐层查找与切削平面相交的各层索引结点，最终获取与切削平面相交的数据结点，进而获取与切削平面相交的三角面片，将三角面片与切削平面求交获取交线段后，采用跟踪法对交线段进行排序获取轮廓环，并逐个调整轮廓环方向；4)依据轮廓环所截三角面片的法矢调整轮廓环的环向，使得待去除的材料均位于轮廓环的左侧，依据各轮廓环的环向及它们之间的包含关系建立嵌套加工单元，组织各轮廓环之间的拓扑关系确定各加工区域；5)对轮廓环进行等距偏置生成环切粗加工NC刀轨。

为实现发明目的，所述的一种产品三角网格模型的环切粗加工NC刀轨生成方法，步骤

2)中，在笛卡尔坐标系中计算三角网格模型在xOy面内投影的轴向包围矩形Box，将Box的各边均匀向外偏置，偏置距离d为刀具半径、加工余量与加工公差之和，将偏置后的Box划分为网格点阵，网格间距为加工误差ε；采用投影法计算网格中的每个网格点对应的刀位点，并分两种情况处理：(1)刀位点存在，以刀位点的Z向高度作为该网格点的高度；(2)刀位点不存在，以模型底部高度作为该网格点的高度，依次连接各网格点获取三角网格模型的包络面。

为实现发明目的，所述的一种产品三角网格模型的环切粗加工NC刀轨生成方法，步骤2)中，投影法计算刀位点的过程具体是：以网格点为驱动点，以Z向为刀具轴向，将刀具从高处沿由驱动点及刀具轴向确定的轴线落下时，若与三角网格模型相接触，则刚接触时刀具的位置即为该驱动点对应的刀位点。