[发明专利]一种螺旋线制导的曲面数控加工方法

摘要

本发明一种螺旋线制导的曲面数控加工方法属于数控轨迹规划和加工领域。一种螺旋线制导的曲面数控加工方法，将被加工工件的三维曲面网格化，以基于样条插值的平面等距或非等距螺旋线为参数线，通过映射生成三维物理空间的加工轨迹，即用具有明确数学表达的平面螺旋线制导，而螺旋线的螺距要根据被加工轨迹的行距要求确定。首先根据被加工工件的三维曲面进行加工轨迹规划：然后根据所使用的数控机床对规划好的轨迹做后处理。使用这种螺旋线制导曲面加工方法，刀具运动平稳、磨损小，机床噪音低，效率高，节省了大量加工时间，降低了生产成本。

主权项

1.一种螺旋线制导的曲面数控加工方法，其特征是，将被加工零件的三维曲面网格化，以基于样条插值的平面等距或非等距螺旋线为参数线，通过映射生成三维物理空间的加工轨迹，即用具有明确数学表达的平面螺旋线制导，而螺旋线的螺距要根据被加工轨迹的行距要求确定；加工方法步骤如下：(1)首先根据被加工工件的三维曲面进行加工轨迹规划：a.对被加工曲面进行网格化；若被加工曲面是参数曲面，则采用已有的一些方法将参数曲面离散成网格曲面；若被加工件是实体模型，可借助Solidworks软件转化；通常网格的边长在2-10mm；b.将网格化的被加工曲面映射到任意给定平面的圆形域上，采用的映射技术为线性参数化和协调映射；由此建立起网格模型与圆形域上映射模型的对应关系；如果网格的数量过多达到1万以上，可采用分区映射或多分辨率映射方式；c.确定等距或非等距螺线的螺距：首先以圆形域的圆心为起点，沿圆周方向按一定角度(3°≤α≤45°)进行行距测试，取所有测试点的最小值作为该起始圆周的行距，然后再以该行距为半径得到下一圆周，继续按一定角度取点进行行距测试，仍然取测试点处的最小行距作为该环的行距，依此类推，直到圆形域的最外周停止；d.根据步骤c得到的行距以圆形域的圆心为起点，在离散同心圆的基础生成等距或非等距螺旋线，当该螺旋线的螺距为非等距时，即该螺旋线为非线性螺线时，螺距可根据步骤c得到的系列行距插值得到；e.将平面螺旋线上的轨迹离散点反向映射到三维网格曲面，得到其在网格面上的对应点；对应点的得到形式有两种，一种是直接利用协调映射的逆映射得到，另一种是根据网格的顶点信息利用面积坐标参数化和线性插值得到对应点；f.将由步骤e计算得到的对应点的参数带入被加工曲面的方程就得到了所需要的加工轨迹离散点；轨迹规划好后进行使轨迹分布更为合理的迭代优化处理；(2)根据所使用的数控机床对规划好的轨迹做后处理，将工件坐标系下的刀位点坐标转换成数控机床坐标系中各轴对应的平动和转动，通过计算机和5轴数控加工中心的接口驱动机床，加工过程中刀具沿规划好的螺旋线连续切削运动，直至完成对整个曲面的加工。