[发明专利]一种自由曲面的数控铣削加工优化选刀方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助制造领域，具体设计一种自由曲面的数控铣削加工优化选刀方法。

背景技术

在形状表达领域中以复杂方式自由地变化的曲线曲面称为自由曲线曲面。曲面造型是计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容，主要研究在计算机图形图像环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。经过三十多年的发展，曲面造型现在已形成了以有理B样条曲面参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值、拟合、逼近等手段的几何理论体系。

自由曲面已广泛应用于装备制造、汽车、造船、模具、航天等行业的复杂产品设计中。目前，自由曲面的加工主要依赖于编程工程师的经验和CAM/CNC系统的仿真功能。由于自由曲面的几何复杂性，容易造成曲面内的刀具干涉现象。自由曲面数控加工的刀具干涉是影响加工质量、加工效率、损坏设备甚至威胁操作者人身安全的重要因素。国内外针对自由曲面数控加工刀具干涉的研究主要集中在数学建模等理论分析和计算上，缺少成熟的自由曲面刀具干涉可视化判别系统的设计，尤其是自由曲面数控加工智能选刀的方法研究与开发至今仍是空白。当前的CAM软件中，均具备刀具管理系统，建立了刀具几何尺寸及结构的数据库，操作者仅能凭借经验手工选取刀具，缺乏智能选刀功能。因此，如何在避免刀具干涉的前提下，智能选取最合适的加工刀具，以满足高精、高效的自由曲面数控加工成为了自由曲面加工的关键。

发明内容

为了解决自由曲面数控加工时单靠手工选取刀具容易引起刀具干涉现象的技术问题，本发明提供自由曲面的数控铣削加工优化选刀方法，该方法实现了自由曲面的智能选刀，避免刀具干涉且提高了数控加工的精度和效率。

本发明采用以下技术方案来解决上述技术问题：

包括以下步骤：

打开自由曲面文件，获取自由曲面的点云数据，采取MATLAB工具对原始曲面上的散乱点数据进行聚类并重构自由曲面。

手动选刀时，按照刀具类型和几何参数，根据曲面的情况(单一曲面或者复合曲面)，建立自由曲面加工的刀位面数学模型。

系统自动生成偏置后的刀位面，如刀位面出现了扭曲、交叉或重叠现象，即可判断发生了刀具干涉。系统能可视化的提供干涉区域和详细情况。

采用自动选刀模式时，将数据结构中的快速排序原理应用到自动选刀模块，在避免刀具干涉的基础上，自动计算并推荐最优化加工刀具，提高加工效率和效果。

自动选刀的最终结果，可通过手动选刀验证，以确定其结果的准确性、可靠性。

和现有技术相比，本发明提供的方法具有以下有益效果：本发明针对自由曲面的数控铣削加工建立优化选刀系统，有手动选刀和自动选刀两种操作模式。手动选刀时，根据刀具参数和曲面类型，并可视化的判别刀具干涉结果，显著标记干涉区域以提示用户；自动选刀时，可智能计算并推荐最优化加工刀具，避免刀具干涉且能提高加工效率。为保证自动选刀的准确性，在得到自动选刀的最终结果后，可采用手动选刀验证结果。

附图说明

图1是本发明自由曲面数控加工刀具选刀的流程图；

图2是自由曲面数控加工手动选刀流程图；

图3是自由曲面数控加工自动选刀流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本发明通过点云构造出一待加工的曲面，为三次NURBS曲面。可采用直径为φ4、φ6、φ8、φ10、φ16及φ20六种常用尺寸规格的球形铣刀针对同一自由曲面进行刀位面的等距生成；进而应用可识别系统，生成的基于点云的自由曲面。再通过观察刀位面，可判别是否发生刀具干涉现象。

参见图1，本发明自由曲面的数控铣削加工优化选刀方法，包括以下步骤：

S101、获取自由曲面图形的点云数据或CAD三维图形；

S102、处理点云数据，重构自由曲面；

S103、是否采用自动选刀方式，如果采用自动选刀方式则转入步骤S201，否则采用的是手动选刀模式则转入步骤S301；

S201、采用快速排序算法进行刀具干涉检验；