[发明专利]一种插值若干给定控制点方向的五轴路径生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计与制造技术领域，特别涉及一种插值若干给定控制点方向的五轴路径生成方法。

背景技术

刀具成型加工相对于曲面加工，具有加工效率高的优势，而在数控加工领域，五轴联动机床又是现阶段高端的加工设备之一，由于其灵活的刀轴控制，而被广泛应用于一些复杂型面的加工；将刀具成型加工应用于多轴机床上，即用自定义截面形状的花式刀走五轴联动路径来进行产品的成型加工，不但能加工出复杂形状的产品，而且还大大提高了加工效率，因此被广泛应用。但是这种加工方式存在一个编程难点是路径的刀轴方向不易满足加工要求：实际加工中，要求刀具在路径上每一点的刀轴方向都要使得刀具在该路径点加工出的形状满足产品在该位置的形状要求；同时要求整条路径的刀轴方向变化流畅，使刀具在加工过程中运动平稳，加工的产品表面光滑，没有切痕。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的难点，提供一种通过指定若干给定控制点的刀轴方向，并通过插值这些控制点的刀轴方向来生成整条路径刀轴方向的方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种插值若干给定控制点方向的五轴路径生成方法，包括以下步骤：

A．在曲线上指定若干刀轴控制点，并按照产品要求指定控制点的刀轴方向；

B．根据每个控制点的刀轴方向，计算出各控制点的仰角和方位角；

C．根据各控制点的仰角和方位角分别插值计算出各路径点的仰角和方位角；

D．根据C中得到的仰角和方位角分别计算出各路径点的刀轴方向，生成五轴路径。

优选的，上述方法中所述的仰角是指刀轴方向与水平面之间的夹角，角度范围是－90°～+90°；方位角是指刀轴方向在水平面上的投影方向与X轴之间的夹角，角度范围是0°～360°；对于竖直的刀轴方向方位角无效，只由仰角表示。

上述方法中，步骤C的具体方法是：

C1．对于位于两个控制点之间，并且两个控制点的方位角均存在的路径点，按照加工要求对两个控制点的仰角和方位角分别进行插值计算，得到一组有效的仰角和方位角；

C2．对于位于两个控制点之间，其中一个控制点的方位角不存在的路径点，其仰角由两个控制点的仰角插值计算得到，方位角与另一个控制点的方位角相同；

C3．对于位于曲线端点和一个控制点之间，并且端点为非控制点的路径点，其仰角和方位角与相邻控制点的仰角和方位角相同。

进一步地，步骤C中所述的插值计算方式有多种，可根据实际使用要求选取，不同的插值计算方式得到的路径点的刀轴方向不同。

优选的，在步骤A之前，还包括：

绘制或输入刀具的加工曲线。

优选的，在步骤D之后，还包括：

用曲面模拟产品的加工形状，并观察是否满足设计要求，如不满足，则调整控制点的位置及刀轴方向，同时更新表示产品形状的曲面，并进行反复观察，直到满足设计要求为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用插值控制点的刀轴方向来生成整条路径的刀轴方向，可根据产品形状和加工要求采用不同的插值方式，使整条路径的刀轴方向变化流畅，加工产品表面光滑；并且可通过调整控制点的位置或刀轴方向来改变整个路径的变化，方便根据产品形状的变化调整路径的刀轴方向，使其满足产品形状加工要求。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是本发明实施例中在曲线上指定控制点及其刀轴方向的示意图。

图3是本发明实施例中插值得到的仰角示意图。

图4是本发明实施例中插值得到的方位角示意图。

图5是本发明实施例中生成的五轴路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：图1所示的是本发明一种插值若干给定控制点方向的五轴路径生成方法的流程图，根据实际曲线的编程实例来介绍一下本发明的具体实施方式。

步骤101，如图2所示，绘制出刀具的加工曲线10，在曲线10上分别指定刀轴控制点20、21、22、23、24和25，并按照加工要求指定各个控制点的刀轴方向30。

步骤102，根据每个控制点的刀轴方向，分别计算出各控制点的仰角和方位角。其中，定义仰角为刀轴方向与水平面之间的夹角，角度范围是－90°～+90°；方位角为刀轴方向在水平面上的投影方向与X轴之间的夹角，角度范围是0°～360°，竖直的刀轴方向方位角无效，只由仰角表示。

步骤103，计算各路径点的仰角和方位角。具体方法是：