[发明专利]一种曲面分区域环切加工轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种曲面分区域环切加工轨迹生成方法，包括采用网格曲面共形映射算法将三维曲面映射至平面参数域得到展平的网格区域，计算并保存每个网格面片的映射变形量，对网格面片进行聚类；构造聚类的边界轮廓，并根据边界轮廓将曲面分割为多个子曲面；迭代曲面分割过程，使得各子曲面内的映射变形量趋于一致；获取待偏置点的二维行距值；根据轨迹点的二维行距方向和自适应的二维行距值在子曲面的平面网格区域上通过偏置的方式生成平面环切轨迹；将平面环切轨迹逆映射回三维曲面，得到子曲面三维环切加工轨迹；进一步得到覆盖原始曲面的三维环切加工轨迹。本发明具有较好的空间分布均匀性。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种曲面分区域环切加工轨迹生成方法。

背景技术

数控加工是实现复杂曲面高质量高效率加工的重要技术手段，其中除了高性能的数控机床之外，加工刀轨也是影响数控加工效率和质量的关键因素。

在三维曲面上生成刀具轨迹相较于平面或者简单曲面的困难度是指数级的提高，需要进行复杂的三维几何运算，算法稳定性较低，且由于三维曲面的形态复杂、曲率变化大，复杂曲面加工轨迹的分布均匀性也很难控制。

目前针对复杂曲面的加工轨迹生成多基于分区域进行，因为分区域轨迹生成方法相比于整体规划方法拥有更灵活的复杂曲面适用性，在降低加工误差、提升加工效率及改善进给运动平稳性等方面具备显著优势。而基于网格曲面参数化技术对网格模型进行刀轨生成也是一种新兴思路，利用参数化映射技术可将复杂的三维几何操作降维至平面参数域上进行，但在实际应用过程中也存在不少问题，例如参数化映射变形会严重影响轨迹分布的均匀性。

发明内容

为了解决参数化映射变形影响轨迹分布均匀性的问题，本发明提供一种曲面分区域环切加工轨迹生成方法。本方法以映射变形量为网格特征对曲面进行聚类分割，通过迭代多次裁剪曲面来改善映射变形情况。进而根据子曲面的局部几何特征和参数化映射变形情况，自适应的调整子曲面的映射变形补偿量和加工轨迹的行距值。最终通过改善曲面的参数化质量和对轨迹参数进行动态调节，协调了参数化映射算法的稳定性与轨迹行距分布的均匀性。

本发明采用如下技术方案：

一种基于共形映射变形量聚类的曲面分区域环切加工轨迹生成方法，包括以下具体步骤：

(1)提取工件的三维网格曲面信息，通过网格曲面共形映射算法将三维网格曲面映射至平面参数域上得到展平的网格区域，计算并保存每个网格面片的映射变形量；

(2)根据步骤(1)得到的网格面片的映射变形量，对平面网格进行聚类；

(3)根据步骤(2)生成的网格聚类结果，构造聚类边界轮廓，并根据边界轮廓将曲面分割为多个子曲面；

(4)针对步骤(3)得到的多个子曲面，重新计算其映射变形量，并对其中映射变形均匀度低于均匀度阈值的子曲面继续分割；

(5)根据步骤(4)所得到的子曲面的映射平均拉伸变形量以及环切轨迹上待偏置点所对应的曲面的局部几何特征，自适应调整环切轨迹上待偏置点的二维行距值，使得环切轨迹的行距在三维曲面上分布均匀；

(6)根据步骤(5)所计算的自适应的待偏置点二维行距值，在步骤(4)所获得的子曲面的平面网格区域上通过偏置的方式生成平面环切轨迹，以填充整个平面网格区域；

(7)将步骤(6)所生成的平面环切轨迹逆映射回三维曲面，生成每块子曲面的三维环切加工轨迹。

(8)根据各个子曲面的邻接关系将步骤(7)所生成的子曲面环切加工轨迹依序连接在一起，生成连接不同区域环切轨迹的跳刀轨迹。

进一步地，步骤(1)中所述的网格曲面共形映射算法是指将三维空间中的网格曲面共形映射到平面参数域中，建立原始三维曲面网格与参数域平面网格之间的一一映射关系的方法。