[发明专利]一种三角网格模型数控加工的多刀具优化组合选择方法

说明书

本发明公开了一种三角网格模型数控加工的多刀具优化组合选择方法，包括读入三角网格模型，建立拓扑信息；基于面片法矢和面片主曲率将模型分割为多个特征子区域；对可能产生干涉的特征区域进行快速的刀具干涉检查，获得刀具干涉区域；对不同类型的特征子区域采用不同的刀具轨迹生成策略，基于对应的行距计算公式，通过各特征区域的刀具轨迹长度估算模型估算轨迹长度；根据模型三角面片的最大主曲率及标准刀具尺寸确定最小刀具，采用遗传算法优化其他尺寸刀具。本发明能够更加有效、精准地获得复杂三角网格模型的高效加工刀具组合。

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，特别涉及一种三角网格模型数控加工的多刀具优化组合选择方法。

背景技术

在数控加工中，为了提高加工效率一般会尽量选用大尺寸的刀具，但对于复杂的几何模型，往往会存在大尺寸刀具无法加工的干涉区域，因此还需要小尺寸刀具进行干涉区域的加工。而对于复杂的几何模型，不同刀具组合的加工效率可能会存在较大差距，因此刀具的优化组合选择也是数控加工领域的重要研究内容。

目前，在刀具组合优化方面，国内外已经对模具2.5D型腔做了大量研究且得到相对成熟的研究理论，这些理论已被推广到模具3D型腔，但很显然，这些研究无法应用到曲面加工中。针对连续的自由曲面，李海燕等人在学术期刊《制造装备技术》2007,(3),P18-20发表的学术论文“五轴数控加工中多刀加工自由曲面的刀具选择”、Li H Y等人在学术会议“Proceedings of the IEEE.International Conference on Automation and Logistics(2008)”发表的学术论文“A geometric method for optimal multi-cutter selectionin 5-axis finish cut of sculptured surfaces”、Geng L等人在学术期刊《Computer-Aided Design》2011,8(2),P301-313发表的学术论文“A neural network based approachto 5-axis tool-path length estimation for optimal multi-cutter selection”中基于不同尺寸刀具加工面积的统计进行最优刀具组合选择，没有考虑曲面几何形状对加工效率的影响。Yang D C H等人在学术期刊《Computer-Aided Design》1999,31(5),P303-315中发表的学术论文“Interference detection and optimal tool selection in 3-axis NCmachining of free-form surface”、Lo C等人在学术期刊《Computer-Aided Design》2000,32(10)，P597-603中发表的学术论文“Two-stage cutter-path scheduling forball-end milling of concave and wall-bounded surfaces”和南京航空航天大学的赵世田在2011年的学位论文《自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法研究》中基于刀具轨迹长度估算选取最优刀具组合。但此类方法进行轨迹长度估算时对整个模型采用单一的估算模型，也没有考虑不同表面特征对刀具轨迹长度的影响，轨迹长度估算不准确。Bey M等人在学术会议“International Conference on Smart Manufacturing Application,2008”发表的学术论文“Cutting Tool Combination and Machining Strategy AffectationBased on the Determination of Local Shapes for Free form Surfaces”考虑了不同类型区域对加工时间的影响，但加工策略方面只考虑平行截面法和等高线法，且采用模拟方法获取加工时间时势必需要生成刀具轨迹，影响效率。