基于Z-buffer的组合曲面圆环面刀具加工方法

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1、基于Z-buffer的组合曲面圆环面刀具加工方法王丹李湉陈五一（北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083）摘要：为解决组合曲面五轴加工问题提出一种基于计算机图形学Z-buffer技术的圆环面刀具刀位生成算法。首先借助Z-buffer技术确定刀位计算的检测区域，然后在保证圆环面刀具和检测区域不干涉的前提下调整刀位，使刀具端面和模型曲面充分的贴合，从而得到更宽的加工行宽。算法充分利用计算机硬件的快速高效性，直接对加工检测区域内的点进行读取和存贮，避免复杂的搜索和迭代过程。算法过程中集成对刀位干涉的检测和避让，可直接生成无干涉的刀位数据。刀位算法计算过程使用曲面的多面体

2、信息，适用于以裁剪曲面为元素的组合曲面模型的无干涉刀位的计算。针对某组合曲面模型进行刀位计算和仿真，仿真结果相比传统的球头刀加工算法效率提高了10倍。最后对生成的刀轨进行了实际加工试验验证。关键词：刀位生成算法组合曲面计算机图形学干涉检验深度缓存中图分类号：TP391.73MachiningofCompositeSurfaceBasedonZ-bufferMethodwithTorusToolsWANGDanLITianCHENWuyi(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity，Beijing，1

3、00083)Abstract：AnewtoolpathgenerationmethodbasedonZ-buffermethodisproposedforcompositesurfacemachiningusingtoruscutters.Firstly,theexaminingareaisdeterminedbymeansofZ-buffermethod.Theninterference-freetoolpositionswithoptimalmachiningstripwidthareobtainedbymatchingtheendsurfaceofthetoruscut

4、tertothemodelsurfaceascloseaspossible.Thediscretizedpointswithintheexaminingareaareefficientlyreadinandstoreddirectlybythecomputerhardware；noextrasearchinganditerativemethodsareneeded.Interferencecheckingandavoidingmethodsarecombinedwiththeadjustingprocessofthecutter,sothetoolpositionsgener

5、atedareinterference-free.Triangulatedmodelisusedinthenewlydevelopedmethodandthenewmethodisparticularlysuitablefortoolpathgenerationofcompositesurface.Thenewmethodisusedtogeneratetoolpathforamoldsurfaceandtheresultshowedthat,comparingtotraditionalmachiningmethodwithballendcutter,thenewmethod

6、leadstoa10timesincrementinefficiency.Finally,simulationandcuttingtestareperformed.Keywords：ToolpathgenerationmethodCompositesurfaceComputergraphicsInterferencecheckingDepthbuffer.[3-5]型的几何信息来生成刀轨，此方法不直接对曲面0前言模型进行计算，避免了由于组合曲面的几何信息不组合曲面是一组在拓扑上互不相关的曲面元素连续对算法的负面影响，但是此种方法生成的刀触[1]的集合。组合曲面的元素之间在拓扑

7、上的互不相点不在原始曲面上而且质量不好。第三类方法虽然关，而且各个曲面又有可能是裁剪曲面；由于相邻可以较方便的处理加工中的干涉问题，但是对多面[6]曲面元素间的几何信息不连续，因此对于组合曲面体进行偏置的操作计算复杂而且存在不稳定性。而言传统的刀具定位算法不再适用。组合曲面无干因此考虑到计算方法的复杂性和稳定性，本文采用涉高效刀具轨迹的生成一直是数控自动编程的难第一、二种途径相结合的方法生成组合曲面刀具轨点。迹。[2]在自由曲面刀具轨迹的生成算法方面，CHOI20世纪70年代末，多面体加工作为一种解决[