Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成

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1、2015年4月第41卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2015V01．41NO．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0308Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成陈甜甜，赵罡+(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：细分曲面既能表示连续的几何设计模型也能表示离散的加工模型，避免了模型转换的复杂中间过程．细分曲面

2、除了对于构造具有任意拓扑结构的复杂零件具有巨大的优势外，对于数字化制造也极具发展潜力．因此，对基于Loop细分曲面的精加工刀具轨迹生成算法进行了研究．首先利用基于弦长误差的自适应插值Loop细分得到精加工模型；然后利用等斜率跟踪法将精加工模型分割为平坦区域和非平坦区域．对各个区域依次进行处理，不同区域实施不同的刀具轨迹规划．据此，既避免了因细分过程数据量过大而导致的曲面精度不足或表面质量降低的问题，又可顺利计算整张曲面相对均匀残留高度的刀具轨迹．最后，为验证该算法的可行性进行铣削加工实验．关键词：CAD／CAM；精加工；Loop细分曲面；刀具轨迹；铣

3、削中图分类号：TP391．72文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)04—0663_06刀具轨迹的生成是复杂零件数控加工中最重要的内容．它是根据零件几何模型，结合所选用的加工机床、刀具、走刀方式以及加工余量等工艺方法进行刀位计算并生成加工运动轨迹．刀具轨迹的生成能力直接决定数控编程系统的功能及所生成加工程序的质量⋯．目前，基于NURBS自由曲面的数控加工刀具轨迹规划方法已较成熟．但是，在数控加工等工程领域的实际应用中，由于NURBS构造的自由曲面模型是分片光滑连续的几何模型，故连续的NURBS曲面模型经常被离散为三角网格模型再生成刀具

4、轨迹．这是一个从连续到离散，再从离散到连续的过程．这种过程往往会伴随着模型的复杂程度增大而变得更加困难．与工业造型的标准工具NURBS方法相比，细分曲面是一种以网格细分为特征的离散造型方法．该方法是在任意拓扑结构的多边形网格的基础上，按照某些规则对网格不断细化，使其趋向于一个满足一定光滑度的极限曲面．因此，细分曲面既能表示连续的几何设计模型又能表示离散的加工模型，避免了模型转换的复杂中间过程，同时减少了计算量．上述优点表明，细分曲面除了对于构造具有任意拓扑结构的复杂零件具有巨大的优势外，对于数字化制造也极具发展潜力．Kurgano等首先提出了基于Ca

5、tmull—Clark四边形细分曲面的数控加工刀具轨迹生成算法‘21，该算法证实了细分曲面作为一种新的造型工具也可应用于数控加工．钟大平、白杰等应用等距截平面法对Loop细分曲面的刀具轨迹生成算法进行了探讨¨⋯．赵建民及唐虹对基于Catmull—Clark细分曲面等距面的生成及误差控制进行了分析与研究¨⋯．Lu等则重点讨论了如何更好地控制收稿日期：2014-05-28；录用日期：2014-08-05；网络出版时间：2014-09-0516：40网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2

6、014．0308．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(61170198)；中央高校基本科研业务费资助项目(YwF-14一JXXY-19)作者简介：陈甜甜(1982一)，女，上海人，实验师，candy—ctt@163．com+通讯作者：赵罡(1972一)，男，河北文安人，教授，zhaog@buaa．edu．cn，研究方向为复杂曲面造型、加工新技术、飞机数字化装配、虚拟现实技术及应用．载甩格式：陈甜甜．赵罡．Loop细分曲面精如I刀具轨迹生成tj]．北京航空航天大学学报，2015，41(4)：663-668．ChenTT．ZhaoG．Toolpa

7、thgenerationforLoopsubdivisionSUl蕾aCObasedfinishmachining[JJ．JournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，4Jf4)：663-668．(inChinese)．664北京航空航天大学学报2015年Catmull．Clark细分曲面加工精度和保证零件的加工质量¨1．孙殿柱等通过改进的R+一tree空间聚类索引结构实现刀轨截面与三角片的快速求交，利用局部偏置获取刀位点悼1．原恩桃等探讨了多轴加工中刀轴矢量的计算方法，采用面积

8、均值法计算Catmull．Clark细分曲面刀轨，该方法有效地保证残留高度均匀且加工零件表面光滑H。．上述利