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专利号: 2018113833327
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三角网格模型的多约束数控加工轨迹生成方法,其特征在于包括以下几个步骤:

步骤A、读取三角网格模型进入内存,去除冗余顶点,建立基于半边结构的拓扑信息;

步骤B、输入设定各项加工参数,包括:球头刀参数、加工精度参数、数控机床参数;

步骤C、对网格较稀疏的三角网格模型进行自适应网格细分;

步骤D、将细分后的网格曲面上所有网格顶点作为候选刀触点;选择网格曲面的一顶点作为初始刀触点cj,k并标记该点,cj,k代表第j条轨迹数中的第k个刀触点,j和k的初始值均为0;

步骤E、将刀触点cj,k一阶邻域范围内各个未被标记的网格点作为下一刀触点的候选点,分别计算cj,k到各候选点方向的最大进给速度fmax、加工带宽d、最优走刀方向权值λ;计算各候选刀触点的选择度量指标fsv,将最大fsv对应的刀触点作为下一刀触点cj,k+1;

步骤F、标记沿cj,kcj,k+1走刀的加工带宽d范围内的刀触点;检查cj,k+1的一阶领域点,若点cj,k+1邻域围内的刀触点未被完全标记,继续步骤E;反之,若cj,k+1点邻域范围内刀触点被完全标记,表明该条轨迹生成结束,输出轨迹cj,然后转步骤G;

步骤G、检查曲面上是否还有未被标记的候选刀触点,如果还有,则选择离轨迹cj末端点距离最近的一点作为下一条轨迹的起始点cj+1,0,继续步骤E;如果曲面上所有网格点均已被标记,则结束所有过程。

2.根据权利要求1中所述的一种三角网格模型的多约束数控加工轨迹生成方法,其特征在于:步骤C中所述的自适应网格细分的具体做法是:步骤C1、计算三角网格模型M中,每一条边的边长Lij,以及垂直于该边方向走刀时的加工带宽dij;若Lij>dij,标记该边为true;若Lij<dij,标记该边为false;

步骤C2、遍历三角网格模型的每一个面片,检查各面片种包含标记为true的边的数量,并分别进行处理,设三角面片中三个顶点分别为v0、v1和v2:①没有包含标记为true的边,则不处理该面片;

②包含有一条标记为true的边,设该边的起点为v0、终点为v1,在该边插入新点v01=(v0+v1)/2,连接v01到v2构成一条新边,将原三角面片分为两个小三角面片;清除标记为true的边;

③包含有二条标记为true的边,设其中一条边的起点为v0、终点为v1,另一条边的起点为v1、终点为v2,则分别计算新顶点v01=(v0+v1)/2、v12=(v1+v2)/2,连接v01和v12构成一条新边,再根据最小锐角最大原则将四边形v0v01v12v2分为两个小三角面片;清除标记为true的边;

④包含有三条标记为true的边,分别计算新顶点v01=(v0+v1)/2、v12=(v1+v2)/2、v20=(v2+v0)/2,并连接v01和v12构成一条新边、连接v12和v20构成一条新边、连接v20和v01构成一条新边,将原三角面片分割为四个小三角面片;清除标记为true的边;

步骤C3、重复步骤C1和步骤C2,直到模型中所有边都标记为false;输出符合加工要求的网格模型M′,基于模型M′进行后续处理。

3.根据权利要求1中所述的一种三角网格模型的多约束数控加工轨迹生成方法,其特征在于:步骤E中所述的候选刀触点的选择度量指标fsv,具体计算为fsv=u·fmax+v·d+w·λ,式中u、v、w为权重,要求u+v+w=1,且u>0、v>0、w>0;设当前刀触点cj,k,轨迹内cj,k的前一刀触点为cj,k-1,cj,k的一阶领域内未被标记的某一个网格点为 矢量E1=cj,k-cj,k-1,单位化为e1, 单位化为e2;则:(1)fmax是指由当前刀触点cj,k朝点 方向走刀时的最大进给速度,这个最大速度需要满足机床运动学约束和加工曲面几何精度约束,即fmax=min(fqik,fδ),其中:①机床运动学约束:fqik为机床运动学约束所允许的最大进给速度,具体为:

其中,{A,C,X,Y,Z}为机床的各轴符号; 为机床各分轴速度上限, 为机床各分轴加速度上限;Fmax为给定机床的进给速度上限; 式中Mc为当前刀触点cj,k在机床坐标系下坐标,在过当前刀触点cj,k及其法矢和e2方向的平面内、当前刀触点的密切圆上距离Mc为Δl的后一点为Mf,在过当前刀触点cj,k及其法矢和e1方向的平面内、当前刀触点的密切圆上距离Mc为Δl的前一点为Mb;

②加工曲面几何精度约束:给定弦高差上限值δmax,刀触点处沿走刀方向的曲率半径为ρ,T为数控系统的插补周期,则满足弦高差约束的机床实际进给速度fδ上限为:(2)d为当前刀触点cj,k朝点 方向走刀时的加工带宽,具体计算为:

式中,h表示最大允许残留高度;r为球头刀具半径;ρjk为点cj,k处与线段 垂直方向上的曲率半径,ρjk>0则点cj,k处与线段 垂直方向上的局部范围内为凹曲面,ρjk<0则点cj,k处与线段 垂直方向上的局部范围内为凸曲面;当点cj,k处局部范围内为平面时:(3)λ为最优走刀方向权值,具体计算为:λ=cos(e1,e2)。

4.根据权利要求1中所述的一种三角网格模型的多约束数控加工轨迹生成方法,其特征在于:步骤F中所述的标记沿cj,kcj,k+1走刀的加工带宽d范围内的刀触点,具体是指:垂直于走刀方向cj,kcj,k+1、到线段cj,kcj,k+1的距离小于等于加工带宽d/2的类矩形区域内的网格顶点,以及以cj,k为中心、距离cj,k小于等于加工带宽d/2的类圆形区域内的网格顶点,均被做上标记,在后续处理中不再作为候选刀触点。