[发明专利]一种五轴加工轨迹中刀具圆环体向三角片的边投影的算法

说明书

本发明属于铣削加工相关技术领域，其公开了一种五轴加工轨迹中刀具圆环体向三角片的边投影的算法，其包括以下步骤：(1)判断刀具圆环体向三角片的边投影的特殊情况，若存在特殊情况，则转至步骤(5)，否则转至步骤(2)；(2)根据第一几何约束条件来确定初始迭代角度；(3)基于第二几何约束条件及第三几何约束条件来计算及离散初始迭代角度区域，以确定较优初始迭代角度；(4)基于第二几何约束条件及第三几何约束条件，采用割线法搜索最优角度，若成功则转至步骤(5)，否则结束；(5)依据搜索到的所述最优角度计算出刀触点。本发明提供的算法利用三个几何约束条件计算出较优的初始迭代点和精确的搜索梯度，提高了刀触点计算效率。

技术领域

本发明属于铣削加工相关技术领域，更具体地，涉及一种五轴加工轨迹中刀具圆环体向三角片的边投影的算法。

背景技术

五轴数控加工可以保证刀具的几何切削轮廓更加贴合工件几何表面，可以设置更大的切宽以减少轨迹的数目，进而提高加工效率。但是，复杂的计算、过切或欠切等干涉现象限制了五轴数控加工在实际工业中的应用。

以投影算法为例，首先确定驱动面及规划驱动轨迹，然后将刀具由驱动点沿投影方向朝工件曲面投影，保持刀具姿态不变，直到刀具首次与工件表面相切，该切点即为刀具向工件曲面的投影点。在规划驱动轨迹时，通常考虑了切宽、轨迹的平顺度和加工误差。投影算法生成的加工轨迹与驱动轨迹有类似的规律性和连续性，投影算法是将刀具与工件曲面接触最高的切点作为刀触点，可以保证生成的加工轨迹无过切。此外，为了降低计算复杂度，通常将刀具与工件曲面的求交简化为刀具与工件曲面离散的三角片求交。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，但大都是针对沿固定刀轴方向的投影，仅有少数涉及了刀具沿任意方向朝三角片投影的概念，如文献《Fixed-axis toolpositioning with built-in global interference checking for NC pathgeneration》首次提出了刀具沿任意方向朝三角片投影的概念，但是并没有给出具体的实现方案。虽然沿固定刀轴方向投影可以满足三轴加工，但是在五轴加工中，每一个刀触点的刀轴方向都是不同的，如果仍然沿刀轴方向投影，投影算法生成的加工轨迹的规律性和连续性将和驱动轨迹不一致，因此，五轴加工中亟待解决刀具沿任意方向朝三角片投影的问题，其中刀具圆环体向三角片的边投影比较复杂，且耗时较长，尤其是投影方向为任意方向时。又如文献《A multipoint method for 5-axis machining of triangulated surfacemodels》、《Numeric implementation of drop and tilt method of 5-axis toolpositioning for machining of triangulated surfaces》推导出刀具圆环体向三角片的边投影的高次方程，并采用数值迭代方法求方程的根，但此方法计算复杂，耗时较长，精度有限，且此方法仅解决了三轴加工中投影方向与刀轴方向一致的情况。相应地，本领域存在着发展一种能够提高计算效率的适用于五轴加工轨迹生成的刀具圆环体向三角片的边投影的算法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种五轴加工轨迹中刀具圆环体向三角片的边投影的算法，其基于五轴加工轨迹中刀具圆环体向三角片投影的特点，针对刀具圆环体向三角片的边投影的算法进行了设计。所述算法通过三个几何约束条件，确定较优的初始迭代角度，并计算了精确的搜索梯度，通过在与三角片的边垂直的刀具圆环体的曲线上搜索最优点，避免了计算高次方程的根，保证了投影点的计算精度，提高了刀触点的计算效率，且可快速生成加工轨迹，简单实用。

为实现上述目的，本发明提供了一种五轴加工轨迹中刀具圆环体向三角片的边投影的算法，其包括以下步骤：

(1)判断刀具圆环体向三角片的边投影的特殊情况，若存在特殊情况，则转至步骤(5)，否则转至步骤(2)；

(2)根据第一几何约束条件来确定初始迭代角度；