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《用任意空间曲线控制的复杂组合曲面数控加工算法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第3期南京航空航天大学学报Vol.30No.31998年6月JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsJun.1998用任意空间曲线控制的复杂组合X曲面数控加工算法研究孙克豪陈文亮乔新(南京航空航天大学CAD中心南京,210016)摘要提出了一种基于参数曲面三角化的复杂曲面刀具轨迹生成方法。即利用给定的任意空间曲线作为控制边界,构造新的参数曲面,在此简单参数曲面上生成刀具轨迹。离散化复杂组合曲面为若干平面三角片,投影已生成的刀具轨迹到平面三角片上,再考虑加工精度、余量、干涉等,便可得到复杂组合曲面的刀具轨
2、迹。根据该方法还可以获得指定加工区域的刀轨。关键词:数控切削;刀具轨迹;三角片;参数曲面;投影中图分类号:TP391.73引言数控加工自动编程的主要任务是计算按指定加工方式走刀的刀位点(Cutterlocationpoint)。一般地说,型面加工算法主要包括以下几种方式:①截面法:用一组平行的平面与零件面相交,沿交线走刀,根据型面的加工精度要求来确定走刀步长和行距;②参数法:即走刀方向取参数曲面的u向或v向等参数线,而另一方向作为行距方向;③投影法:即在空间平面上(通常平行于xoy平面)生成刀轨,然后再投影至待加工曲面上,根据加工精度要求和干涉等计算实际刀触点或刀位点。方法
3、①比较合理,但若曲面较陡,接近于垂直,则加工效果很差。方法②刀位计算最简单,但是进刀量不均匀,刀具轨迹与参数曲面的品质关系较大,且一般只适合于单张参数曲面的加工,对于复杂组合曲面,则计算极其复杂。方法③可加工任意复杂组合曲面,但控制曲线必须位于同一平面内,限制较大,对指定加工曲面的某一有效加工域不易控制。本文是对方法③(即投影法)的扩展,并结合方法②来生成刀具轨迹。对同一条刀轨投影线进行排序和优化,结果即作为刀具轨迹。利用此方法可将复杂组合曲面作为整体一次加工完成,有效解决曲面较陡部位的刀轨生成,并可解决组合曲面加工编程中存在的诸如局部搭接,开口(指口距大于刀具直径),缝隙
4、(指缝距小于刀具直径)等非连续现象的刀轨生成问X收稿日期:1997209202;修改稿收到日期:1997211220第一作者孙克豪男,讲师,1965年12月生。第3期孙克豪等:用任意空间曲线控制的复杂组合曲面数控加工算法研究249题。1构造辅助刀具轨迹1.1构造辅助加工参数曲面构造辅助参数曲面至少需要两条空间参数曲线。空间任意曲线可用NURBS表示为ny∑Ni,k(u)XiVioi=0r(u)=n(0≤u≤1)(1)∑Ni,k(u)Xii=0空间任意曲面的NURBS表示为nmy∑∑XijVijNi,k(u)Nj,l(v)ti=0j=0S(u,v)=nm(0≤u,v≤1)(2
5、)∑∑XijNi,k(u)Nj,l(v)i=0j=0yy式中:Xi,Xij为权因子;Vi,Vij为控制顶点;Ni,k(u),Nj,l(v)分别为k次和l次规范B样条基函数,由下述节点向量定义U={0,⋯,0,uk+1,⋯,un,1,⋯,1}V={0,⋯,0,vl+1,⋯,vm,1,⋯,1}112在辅助参数曲面上生成刀轨参数曲面加工在u,v参数域内取刀具路径为平行于u轴的一系列平行直线,这些直线即代表了辅助曲面的一系列相应的自由参数曲线(见图1)。本方法中,以v向为行距方向(见图2,3),以u向为步长方向。为加快计算速度,可适当放宽精度要求。步长方向插补点的计算及行距的计算可
6、参见文[2,3]。1.3投影刀轨到实际加工曲面为便于处理,采取常用的复杂自由曲面三角片离散化方式离散曲面,即把组合曲面的零件面离散成密集的点阵,按规律连接相邻的三个型值点生成小三角片。为此需要:(1)离散中去掉重点或距离太近的点,以免小三角片产生畸形或退化;图1零件面与辅助加工参数曲面(2)对型值点按阵列规则编号,以便能迅速地从阵列编号中找出一个三角片及其周围相邻的三角片;(3)记录包括各个曲面边界信息的有关三角片的边,以便采取合适的进刀或退刀及走刀方法。250南京航空航天大学学报第30卷图2u,v参数域图3参数曲面刀具轨迹曲面的三角片化采取基于TrimmedNURBS曲面
7、的直接三角化的方法。首先在未裁剪参数域内,将原曲面沿u向和v向对分,产生四张子曲面,即进行四叉树分割,并进行递归运算,直至子曲面满足逼近误差。然后把四边形子曲面片分解成两个三角片,再按裁剪曲面的内外环信息进行三角片的粗裁(去除空洞)和细化(处理环边界)。为避免产生畸形三角片,可给出三角片的最小边长作为限制。该方法对于一般的非裁剪参数曲面也同样适合,文[4,5]都对此作了论述。2刀具轨迹计算辅助参数曲面上产生的刀具轨迹可视为由若干条线串组成,而线串由若干直线段组成。对于三轴加工,可作如下计算其投影点:设EF为任一直线
