[发明专利]一种球头铣削自由曲面表面形貌仿真方法

权利要求书

1.一种球头铣削自由曲面表面形貌仿真方法，其特征在于，包括下列步骤：

第一步：建立工件的离散模型

首先建立固定于工件上的工件坐标系，而后在该工件坐标系内根据设计自由曲面偏置生成工件待加工表面，继而将待加工表面投影至工件坐标系XY面内，于投影上设定矩形仿真区域并划分网格，从每个网格点引出平行于工件坐标系Z轴的射线与工件待加工表面相交，交点的坐标信息存储于二维数组H中，则网格点集P_net、从每个网格点引出的射线与二维数组H共同构成工件的离散模型；

第二步：刀具轨迹规划与刀位点位置计算

(1)根据设计自由曲面偏置生成刀位面；

(2)沿间歇进给方向按等间距设置系列平行的导动面，而后求导动面与刀位面交线，交线即为理想的刀位点轨迹线；

(3)对每条刀位点轨迹线等步长采样，生成离散的规划刀位点；

(4)将刀具在相邻规划刀位点之间的粗插补运动视为一个进给矢量，利用切削时间与刀位点位置一一映射的关系，采用矢量检索算法直接求出一次进给过程中任意时刻所对应的刀位点位置；

第三步：建立刀刃扫掠点模型

在刀具轨迹规划的基础上，将刀刃和切削时间离散处理，根据5轴数控机床刀具的相对运动规律，建立刀刃扫掠点模型；

第四步：生成表面形貌

通过工件的离散模型与刀刃扫掠点模型逻辑求交，生成工件加工表面的三维表面形貌。

2.根据权利要求1所述的一种球头铣削自由曲面表面形貌仿真方法，其特征在于：所述第二步(4)采用矢量检索算法直接求出一次进给过程中任意时刻所对应的刀位点位置的方法步骤如下：

(1)按刀具经过规划刀位点时间的前后顺序，将采样所得刀位点顺序排列；

(2)遍历所有规划刀位点，将刀具在相邻两个规划刀位点之间的粗插补运动视为一个进给矢量，计算该进给矢量的单位方向向量、起止点发生时刻和对应的起止点坐标位置，而后将计算结果作为该进给矢量的特征信息存储于记录矩阵中；

(3)任意给定一个切削时刻作为输入时刻，检索记录矩阵中的时间信息，找到该输入时刻对应的进给矢量，继而通过矢量运算求出该输入时刻所对应的刀位点位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种球头铣削自由曲面表面形貌仿真方法，其特征在于：所述第四步中，以逻辑求交方式生成表面形貌的方法步骤如下：

(1)将刀刃扫掠点模型向仿真区域投影，筛选出投影落在仿真区域内或边界上的扫掠点；

(2)建立逻辑数组L以表征工件模型与刀刃扫掠点模型在网格点处逻辑相交或逻辑相离的状态，逻辑数组元素值表示逻辑真值，只能取“1”或“0”；初始状态L内所有元素值均取“0”；

(3)取筛选出来的扫掠点，对每一个扫掠点都执行如下操作：首先以扫掠点在仿真区域上的二维投影扫描网格点集P_net，找到距离投影最近的网格点，而后查询该网格点对应的H存储值和L逻辑值，最后判断扫掠点Z坐标与H存储值的大小，若扫掠点Z坐标小于H存储值，则以扫掠点Z坐标更新H存储值，同时L逻辑值更新为“1”，否则H存储值与L逻辑值均保持不变；

(4)扫描逻辑数组L，若L内所有逻辑真值均为“1”，则表明H已完全更新，此时H保持不变；若L内存在“0”值，则通过分析逻辑矩阵L中“0”值出现次数和位置判断表面形貌失真程度，进而针对性地密化刀刃扫掠点并重生成H、L，直至L内所有逻辑真值均为“1”，以确保H完全更新；

(5)由P_net与完全更新后的H构成工件加工表面三维形貌的特征点，在此基础上，可生成工件加工表面的三维表面形貌。