[发明专利]一种刀具路径平滑压缩的方法

说明书

本发明提供了一种刀具路径平滑压缩的方法。该方法首先对拟合区域和非拟合区域划分，然后对拟合区域和非拟合区域分别进行平滑压缩，本发明的方法对刀具路径全路径(平滑区域和非平滑区域、及二者的连接点)基于方向向量和B样条曲线进行平滑处理，保证了全路径平滑和曲率连续。本发明提出的方法大幅简化了计算过程，降低了计算时间，不仅适用于中低速数控系统，而且适用于高档高速数控系统。

技术领域

本发明涉及数控技术领域的小线段加工技术，具体的说是一种小线段平滑压缩方法。

背景技术

在CAD(Computer Aided Design)系统中，模具型腔、汽车发动机和航空结构件广泛采用自由曲面进行结构描述，但自由曲面的高速、高精和高质量加工却一直是研究的难点。数控加工过程中，CAM(Computer Aided Manufacturing)系统将自由曲面离散成小线段，生成对应的刀具路径。由于连续小线段之间存在拐角，因此，当数控系统对小线段进行直接加工时，势必引起加速度的频繁波动，降低加工速度，同时刀具的剧烈抖动会在加工件的表面留下多余的刀痕。此外，现有的小线段加工方法均假设刀具路径上的指令点位于CAM系统期望的刀具路径曲线上，然而实际应用中，CAM系统生成的指令点却是位于期望曲线的内外公差范围之内。综上所述，现有技术采用的小线段加工方法有明显的缺陷：较低的加工精度，较长的加工时间，较差的表面质量，并在CAD/CAM系统与 CNC(Computer NumericalControl)系统之间会产生较重的数据传送压力。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种小线段平滑压缩方法。

具体技术方案如下：

一种刀具路径平滑压缩的方法，具体步骤如下：

(1)根据加工方要求的最大轮廓误差值，划分拟合区域和非拟合区域，

当连续刀具路径的长度变化率小于5％，同时连续相邻刀具路径间拐角的角度变化率小于3％时，该部分刀具路径为拟合区域，其它部分的刀具路径为非拟合区域；

(2)在非拟合区域中，

采用5个控制点的B样条对刀具路径间的拐角进行平滑，消除加工路径上的拐角，使得刀具路径曲率连续，从而减少加工过程中的刀具抖动，同时使首控制点长度与次控制点长度的比值为1～1.5，从而将平滑后的加工误差控制在加工方要求的最大轮廓误差值范围内，进而提高加工速度和加工质量，其中，所述首控制点长度为第一控制点和第三控制点之间线段的长度，所述次控制点长度为第一控制点和第二控制点之间线段的长度，从而使得在非拟合区域中的刀具路径平滑且曲率连续；

(3)在拟合区域中，

A.指令点纠正，

根据刀具路径获得经过3个连续指令点的圆弧以及圆弧的半径长度、圆心坐标，然后，圆心坐标不变，半径值减少一个加工方要求的最大轮廓误差值得到新圆弧，并获得新圆弧与3个连续指令点对应的刀具路径的交点，该交点为纠正后的指令点，指令点纠正使得拟合区域的指令点更加平滑；

B.指令点拟合，

B1.当拟合区域为首个刀具路径区域时，

用后一个刀具路径区域的第二个指令点的坐标减去该区域第一个指令点的坐标得到向量，该向量的方向为后一个刀具路径区域的第一个指令点(当前刀具路径的最后一个指令点)处刀具所允许的最大加工速度和加速度的方向，得到当前拟合区域的末方向向量，然后以末方向向量为约束条件对步骤A纠正后的指令点最小二乘拟合处理，得到拟合区域的B样条曲线的控制点，经过指令点拟合处理后拟合区域中的刀具路径平滑且曲率连续；

B2.当拟合区域为最后一个刀具路径区域时，