[发明专利]平面筋顶面数控刀轨生成方法

摘要

本发明属于飞机数字化制造技术领域，提供一种平面筋顶面数控刀轨生成方法。该方法实现的总体流程为：1)识别平顶筋顶面端头边；2)离散平顶筋顶面边界并对平顶筋顶面进行约束Delaunay三角剖分；3)定位平顶筋顶面分支圆；4)划分平顶筋顶面分支区域并构建分支骨架；5)合并分支骨架并生成平顶筋顶面加工刀轨。实践证明，该方法具有刀轨计算效率高、速度快、占用空间小等特点，可用于飞机结构件平顶筋顶面刀轨生成，以提高快速数控编程的效率并显著减少工艺员工作量。

主权项

1.一种平面筋顶面数控刀轨生成方法，其特征在于：该方法实现的主要步骤有：1)识别平顶筋顶面端头边；2)离散平顶筋顶面边界并对平顶筋顶面进行约束Delaunay三角剖分；3)定位平顶筋顶面分支圆；4)划分平顶筋顶面分支区域并构建分支骨架；5)合并分支骨架并生成平顶筋顶面加工刀轨；所述步骤1)识别平顶筋顶面端头边，包含(1)边凹凸性判断；(2)端头边识别；所述的(1)边凹凸性判断，即判断两邻接拓扑面公共边上任一点的凹凸性确定该公共边的凹凸性；所述的(2)端头边识别，按照规则1进行；所述的规则1，端头边识别规则：设平顶筋顶面与面fs相邻接，公共边为ec，若ec满足以下条件的任一条，则ec为端头边，否则ec为非端头边：①ec为凹边或切边；②ec为凸边，fs与ec端点的两条相邻边均为凸边，线段e为fs的中心点p所在水平面和fs的交线段，e的长度为le，平顶筋的最大筋宽和最小筋宽为wmax、wmin，le∈[wmin,wmax]；所述步骤2)离散平顶筋顶面边界并对平顶筋顶面进行约束Delaunay三角剖分，包含(1)离散平顶筋顶面边界；(2)对平顶筋顶面进行约束Delaunay三角剖分；所述的(1)离散平顶筋顶面边界，即保证边界有序离散点集中相邻离散点间的距离大于或等于平顶筋顶面端头边长度l且离散点均匀分布；所述的(2)对平顶筋顶面进行约束Delaunay三角剖分，即采用逐点插入算法对离散点集进行Delaunay三角网格构建，并将中心点位于平顶筋顶面外的三角形删除；所述步骤3)定位平顶筋顶面分支圆，包含(1)查找分支三角形；(2)定位分支圆；所述的(1)查找分支三角形，即对Delaunay三角网格进行分析：有且只有一条边有邻接三角形的为端头三角形△t，有且只有两条边有邻接三角形的为常规三角形△n，三条边均有邻接三角形的为分支三角形△b；所述的(2)定位分支圆，即初步通过分支三角形△b确定分支圆位置，进一步利用规则2和规则3定位分支圆；所述的规则2，分支圆搜索区域提取规则：设存在m(m为正整数)个分支三角形△b彼此相邻构成多边形P，P上边按邻接关系逆时针依次排序为{l1,l2,...,ln,n＝m+2}，对任意li进行如下操作：令li的两端点为pi、pi+1，pi和pi+1在有序离散点集中的前后离散点分别为pi‑、pi+和pi+1‑、pi+1+，从pi‑、pi+和与pi+1‑、pi+1+中各找出一点，满足找出的两点同为三角形网格中某一三角形的顶点，连接这两点作为分支圆搜索区域的部分边界；最终在平顶筋顶面边界上提取已有分支圆搜索区域边界间曲线段构建分支圆搜索区域的完整边界；所述的规则3，最大内切圆查找规则：模拟在分支圆搜索区域内存在一个膨胀圆，在无外力作用下膨胀圆受到自身周向均匀分布的膨胀力作用自由向外膨胀；当膨胀圆与边界相切于p点时，膨胀圆受到反向作用力，方向由切点指向圆心，同时膨胀圆向反向作用力方向移动并继续自由膨胀过程；当触点不为一时，膨胀圆沿反向作用力的合力方向移动；当圆盘半径无法继续增大时，圆盘停止膨胀，找到最大内切圆；所述步骤4)划分平顶筋顶面分支区域并构建分支骨架，包含(1)分支区域划分；(2)分支骨架构建；所述(1)分支区域划分，即将平顶筋顶面内以端头边和分支圆为界限的连通子区域作为支路子区域，将以分支圆和分支圆为界限的连通子区域作为干路子区域；所述(2)分支骨架构建，即针对支路子区域的支路骨架构建和针对干路子区域的干路骨架构建，对两种支路骨架的构建采用相同的方法，依据近似骨架精度要求合理选取精度值δ将子区域中首尾相邻的两组边界中总长度较短的一组离散成点，基于离散点和离散点的面内法向与令一组边界求交，求得交点后以当前离散点和求得的交点的连线为直径作圆，然后用二分法搜索查找当前离散点处的最大内切圆，依次对最大内切圆圆心点序列进行参数曲线插值得到相应的分支骨架；所述步骤5)合并分支骨架并生成平顶筋顶面加工刀轨，包含(1)合并分支骨架；(2)生成平顶筋顶面加工刀轨；所述的(1)合并分支骨架，按照规则4进行合并；所述的规则4，即分支骨架合并规则：平顶筋顶面完成分支骨架构建后，对任一分支圆，设其所关联的分支骨架为(m为正整数)，对于任意两条分支骨架S_j,S_k(j≤m,k≤m,j≠k),取S_j,S_k沿骨架内部走向的切矢为V_j与V_k，令其夹角为若θ_jk≥θ_m(θ_m为分支骨架合并夹角阈值)，则合并S_j和S_k；所述的(2)生成平顶筋顶面加工刀轨，即在CAM软件中构造加工操作；采用轮廓加工的方式，以合并后的每一条骨架线作为导引元素、以平顶筋顶面为加工底面新建加工操作，按顺铣要求设置刀轨起始终止点，并设置相关非几何加工参数，最终由加工操作自动计算加工刀轨。