[发明专利]刀路轨迹拟合方法及相应装置

说明书

本发明提供了一种刀路轨迹拟合方法及用于实现该方法的相应装置。该方法包括：获取待加工零件的刀路轨迹的点面隶属关系，所述刀路轨迹包含两个或多个刀位点，所述点面隶属关系指示每一个刀位点与所属加工表面之间的相对位置关系；获取每一个刀位点所属加工表面的性质，所述性质指示每一个刀位点所属加工表面是平面还是曲面；以及根据所获取的点面隶属关系和每一个刀位点所属加工表面的性质对所述刀路轨迹进行拟合。

技术领域

本发明总体上涉及数控加工技术领域，更具体地涉及一种刀路轨迹拟合方法以及实现这种方法的相应装置。

背景技术

在数控加工领域，数控系统需要对由逐条小线段编写的G代码程序进行样条拟合，利用拟合得到的样条曲线进行插补计算，从而实现零件的加工。但是，待加工零件的表面往往不是单张曲面，而是由多张曲面或平面组合而成的表面。对于只包含刀位点信息的G代码，在对零件表面的曲面、平面组合过渡处进行样条拟合时，通常会出现拟合后的刀路轨迹与原始零件表面形状偏离的问题，使数控加工的零件无法还原零件三维模型的原始形状，造成加工误差。

如图1所示，零件三维模型(CAD模型)包含了组成零件的点、线、面之间的拓扑关系，但是经过计算机辅助编程软件(CAM软件，例如UG软件)离散、偏置后输出的G代码丢失了原始设计模型中几何特征的拓扑信息，只包含了单条刀路轨迹(刀位点)的信息。在这种情况下，由于不知道刀路轨迹上的各个刀位点与所属加工表面的对应关系，直接进行刀路轨迹的样条拟合会导致拟合轨迹加工的零件表面难以与原始设计模型保持一致。

图1(a)示出了一个组合表面，由平面(面1)和曲面(面2)组合而成。图1(a)的组合表面经过CAM软件的离散、偏置后得到如图1(b)所示的行切刀路轨迹。图1(c)示出了从图1(b)的行切刀路轨迹中提取的两条典型刀路轨迹，即，刀路1和刀路2。

对于连接刀位点A与刀位点B的刀路1，由于AB是一条处于平面上的长线段，数控系统可以根据其绝对长度或者相对长度直接判断AB是一条位于平面上的直线，此时经过拟合后的刀路轨迹与原始设计要求是一致的。但是对于连接刀位点C与刀位点D的刀路2，刀位点C和刀位点D均为平面边缘处的刀位点，如果数控系统不知道这两个刀位点所属加工表面的信息，就会直接用现有的刀路轨迹拟合方法进行样条拟合，这将会导致刀路轨迹的错误拟合。图2示出了错误拟合的刀路轨迹(如图2左图所示)与正确拟合的刀路轨迹(如图2右图所示)的对比示意图。如图2所示，拟合后的刀路轨迹严重偏离平面，与原始设计要求严重不符，从而导致加工误差。

现有技术中有很多刀路轨迹拟合方法的研究。例如，在非专利文献《曲面数控加工编程轨迹的NURBS拟合及插补算法研究》中提出了以轨迹优化为目的的刀位点样条拟合方法。非专利文献《复杂曲面数控加工刀具轨迹生成的研究》中根据三次NURBS曲线和双三次NURBS曲面的矩阵表达形式来推导和计算出基曲线或基曲面上任意一点处的单位法向矢量，然后在等距面上进行基于最小二乘法的双圆弧拟合，生成刀路轨迹。非专利文献《自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法研究》中提出了基于关键刀触点提取的样条曲线插补加工刀具路径轨迹生成算法。非专利文献《多坐标数控加工刀具轨迹生成算法研究》中采用CL路径截面法生成刀路轨迹。虽然这些刀路轨迹的生成方法可以在很大限度上还原零件CAD模型的原始形状，但是对于上文所述的零件表面中曲面与平面组合过渡处的加工问题都无法有效解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于待加工零件的三维模型(例如CAD模型)的刀路轨迹拟合机制，主要是在刀路轨迹拟合中考虑了从CAD模型中提取出的刀位点及其所属加工表面的对应关系。

根据本发明的第一方面，提供了一种刀路轨迹拟合方法。该方法包括：获取待加工零件的刀路轨迹的点面隶属关系，所述刀路轨迹包含两个或多个刀位点，所述点面隶属关系指示每一个刀位点与所属加工表面之间的相对位置关系；获取每一个刀位点所属加工表面的性质，所述性质指示每一个刀位点所属加工表面是平面还是曲面；以及根据所获取的点面隶属关系和每一个刀位点所属加工表面的性质对所述刀路轨迹进行拟合。