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专利号: 2019106180759
申请人: 苏州科技大学
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:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法,其特征在于,包括以下具体步骤:步骤1、输入需要加工的点云模型和加工参数,计算首行刀位点集合;

设点云点集为p,p={pi|p0,p1,p2,…,pn},获取点云最长边的数据点集p1,根据步长筛选出刀触点集合 对每个刀触点运用k邻近法计算出法矢 按照式(1)计算出首行刀位点集合步骤2、对刀位点构造局部坐标系;

设第i行刀位点集合为 以 为原点创建局部坐标系XwYwZw,

令向量 为Yw轴正方向,法平面即为坐标平面XwZw,与全局坐标平面XY的交线作为Xw轴,最后以右手法则确定Zw轴;设Xw、Yw、Zw轴单位向量分别为iw、jw、kw,可获得任意一点p在局部坐标系下坐标pw;

步骤3、计算进给方向法平面上的点云轮廓点集;

计算残留高度点需要求出刀位点 进给法平面上的点云轮廓数据点,为了提高轮廓精度,获取刀位点 刀具投影邻域内的数据点,计算出在局部坐标系XwYwZw中的坐标,利用式(4)获得在切片厚度e范围内的点集Pi,j,最后采用切片求交法对Pi,j计算出轮廓点集其中xw、yw是局部坐标系下的坐标,R为刀具半径;

步骤4、迭代计算出残留高度点;

步骤4.1、获取点云轮廓点集 中计算 的初始点;设残留高度最大允许值为h,要求的残留高度点为 对点集 中所有点计算到原点Ow的距离D,对 仅保留所有满足D≤(R+h)的点,记为{pk};对点集{pk}中每个点带入式(5),计算出Δ最小值对应的点pk作为计算 的初始点,即点集{pk}中距离圆x2+z2=(R+0.5h)2最近的点;

步骤4.2、计算交点 坐标;以 为圆心、h为半径,构建圆⊙pk与刀具圆的交点为 和 设 的x坐标 大于 在三角形 中,

Owpk=Dk,设 则交点 的坐标 可由式(6)求出:

步骤4.3、计算迭代数据点、获取残留高度点 以点 为圆心、h为半径,构建圆运用式(7)求出点集{pk}中所有位于圆 内的点,获取其中最短距离 所对应的点作为下一次计算的数据点,并从点集{pm}中删除所有位于圆 之外的点,转到步骤

4.2。若点集{pm}为空集,则说明 到点云轮廓的最小距离为h, 就是要求的残留高度点步骤5、对残留高度点构造局部坐标系;

设第i行残留高度点集合为 与步骤2类似,以 为原点创建局

部坐标系XsYsZs,令向量 为Ys轴正方向,法平面即为坐标平面XsZs,与全局坐标平面XY的交线作为Xs轴,最后以右手法则确定Zs轴,求出Xs、Ys、Zs轴的单位向量is、js、ks,以及在局部坐标系下的点坐标;

步骤6、设置等残留高度刀位点的坐标初值;

步骤7、迭代计算出等残留高度刀位点;

以上计算步骤中,步骤2~4为残留高度点计算流程,步骤5~7为等残留高度刀位点计算流程;对当前行刀位点集合 可由以上步骤求出相邻行等残留高度刀位点集合以此类推,可完成所有行等残留高度刀位点的计算,最后所有刀位点组成了点云完整的等残留高度刀轨。

2.根据权利要求1所述的点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法,其特征在于,所述的步骤1中输入点云模型和加工参数,包括步长、切片厚度,输入刀具类型和尺寸。

3.根据权利要求1所述的点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法,其特征在于,Xw、Yw、Zw轴单位向量iw、jw、kw,由式(2)求出:

4.根据权利要求3所述的点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法,其特征在于,任意一点p在局部坐标系下坐标pw可由式(3)求出:

5.根据权利要求1所述的点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法,其特征在于,所述设置等残留高度刀位点的坐标初值包括:在XsYsZs坐标系中,假设下一行刀位点位于坐标平面上且与当前刀位点等高,以此设置等残留高度刀位点 初值;以残留高度点 为球心,构建半径为R的球面; 所在平面 与球的交线为以 为圆心、r为半径的圆,其中 圆与坐标面XsZs的两个交点坐标为 设下一行刀位点

在Xs轴正方向,则 初始坐标为 极坐标为(Rcosθs,0,Rsinθs),θs为与Xs轴正方向的夹角。

6.根据权利要求1所述的点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法,其特征在于,所述步骤7包括以下子步骤:步骤7.1、获取计算等残留高度刀位点的点云子集P′i,j。选取点云p中残留高度点 邻域内的点组成子集P′i,j,作为计算相邻行刀位点 的候选刀触点,对 附近的数据点计算出在XsYsZs坐标系下的坐标,获取所有满足式(8)的点组成P′i,j:步骤7.2、计算P′i,j到 距离最小的数据点pmin并判断,获取等残留高度刀位点;点集P′i,j中任意一点 到 的距离D可由式(9)求出,获取最小距离Dmin对应的点 若Dmin<R,pmin是干涉点,从点集P′i,j中删除所有D>R的非干涉点,若Dmin>R,说明pmin不是干涉点,转到步骤7.3;若Dmin=R,则将 的坐标转换为全局坐标,即为要求的相邻行,完成计算;

步骤7.3、计算点pmin所对应的 坐标。以 为圆心、R为半径的刀具绕Ys旋转γ角后,pmin与刀具上的点p′min重合,则此时的 就是点pmin所对应的刀位点;平面 与刀具的截线是以 为圆心的圆,在三角形ΔO′i+1,jO′sp′min和ΔO′i+1,jO′spmin中,令O′sp′min=O′spmin=l, l和D′min均可运用式(9)求出两点间的距离,再用式(10)计算出γ:当γ>0时, 需逆时针旋转,否则需顺时针旋转,由式(11)可计算出 旋转后的新坐标,即为点pmin所对应的 坐标,转到步骤7.2。