[发明专利]基于曲面重构的三轴数控机床刀具的半径补偿方法

权利要求书

1.一种基于曲面重构的三轴数控机床刀具半径的补偿方法，其特征在于：所述方法是基于截平面法生成刀具路径，即把刀位轨迹规划在一组相互平行的平面上，再经后置处理生成有补偿参数的数控加工程序；具体方法是：先分析数控加工程序中的G01代码，提取所有刀位点，实现刀位点所在加工曲面的快速重构后，分别计算刀位点所在曲面上的每个刀位点的单位法矢量，再将每个刀位点的单位法矢量作为刀具半径补偿矢量保存在该刀位点的G01代码中，构成扩展的G01代码；当刀具半径改变时，就能通过扩展的G01代码中的刀位点与半径补偿矢量计算切触点坐标，并根据变化的刀具半径生成新的刀位点，实现三轴数控加工过程中不同刀具的半径实时自动补偿功能；

所述方法包括下列操作步骤：

(1)计算刀位点的三角形邻域网格，重建刀位点的拓扑关系：分析数控加工程序中的G01代码，提取所有刀位点，并确定每个刀位点所在的各个截平面，再用直线段顺序连接每个截平面上的相邻刀位点，形成空间折线，即截面线；然后，依据预设精度将其中的长截面线分割成多条子截面线，再基于相邻法和左、右拆分法创建子截面线的邻域关系后，提取相邻的子截面线，构建每个刀位点的三角网格邻域，从而把刀位点集合剖分成三角形网格邻域；

(2)计算加工曲面上每个切触点的刀具半径补偿矢量，生成扩展的G01代码：根据每个刀位点的三角网格邻域和机床加工精度或系统设置的加工误差，采用移动最小二乘平面拟合方法，计算各刀位点的单位法矢量，并将其作为对应切触点的刀具半径补偿矢量，保存到相应的G01代码中，将传统格式的G01代码：G01 X_Y_Z_，转换为扩展的G01代码：G01 X_Y_Z_I_J_K_；式中，X、Y、Z是各坐标轴地址码，其后面数据是刀具在各坐标轴方向移动的目标坐标值，即刀位点坐标，I、J、K的后面数据分别是在X、Y、Z轴上的相应切触点的刀具半径补偿矢量；

(3)根据扩展的G01代码进行刀具半径补偿：根据扩展的G01代码和实际加工的刀具类型，分别计算实际加工时的每个刀位点对应的切触点坐标；再根据变化的刀具半径，由切触点坐标和刀具半径补偿矢量计算新的刀位点坐标，实现刀具半径的自动补偿功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)进一步包括下列操作内容：

(11)分析数控程序中的G01代码，提取各个刀位点，确定每个刀位点所在的各个截平面；再用直线段顺序连接每个截平面上的各个刀位点，形成一条连续的空间折线，即截面线；

(12)计算得到每条截面线上的各直线段的平均长度step，即该截平面上各刀位点的平均距离，把其中长度大于1.5×step的长直线段做断开处理，这样一条连续的截面线被分割为多条非连续的空间折线，即子截面线；

(13)从第一个截平面开始，顺序提取每个截平面与其后相邻的另一个截平面，依据它们两者的子截面线在垂直平面上的投影线段进行分析，创建子截面线间的相邻关系；

(14)采用Delaunay三角剖分方法，在已建立相邻关系的子截面线之间构建所有刀位点的三角形网格邻域。