复杂曲面的网格化自适应测点规划

检测点的布局优化是复杂曲面类零件加工误差检测的关键。针对由多张不同特征曲面复合而成的零件模型整体的自适应测点规划困难问题,开展网格化自适应测点规划研究。将复杂曲面模型转化成细粒度的三角网格模型;进而采用三角网格边简化方法进行自适应测点规划。利用局部多项式拟合和局部曲率估算技术,实现网格顶点的自适应精简;通过顶点替代法,避免网格化离散误差的影响;采用子集选择技术,提升简化效率。实验结果表明:该方法不会引入网格化离散误差,对网格化粒度不敏感;在同样测点的情况下,最大误差较均匀采样法减小32.8%,较随机Hammersely序列法减小16.9%,均值误差则分别减小28.7%,18.5%。通过网格化能避免多张曲面间的协调处理困难问题;规划的测点能较好地反映曲面的加工质量。     

离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真,验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验,表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。     

基于三弯矩法的环曲面金刚石切削刀具路径规划及其仿真分析

为解决环曲面加工困难的问题,对环曲面金刚石切削方法进行研究。在刀具路径规划中,使用了刀触点综合离散方法,该方法结合了等角度离散与等弧长离散的优点;提出了通过控制相邻刀触点间Z向距离以减小刀具的Z向移动从而提高离散精度的方法。根据加工时刀位点插补的特点,应用三弯矩法计算插补入口参数,实现插值函数的二阶导数连续。仿真分析表明,综合离散方法能够减小离散误差,使用三弯矩法进行插补计算可将最大插值误差由Hermite插值的0.35 μm减小至0.001 2 μm,效果明显。加工试验结果表明,该路径规划方法可用于环曲面的加工,且能改善工件的加工质量。     

离散数据环境下复杂曲面检测点布局策略研究

根据采样策略进行采样点的选择和布局,是对复杂曲面加工质量进行检测轨迹规划的重要内容之一.针对一般曲面采样点布局算法用于离散数据环境下复杂曲面测点布局存在的局限性,通过分析离散数据环境下复杂曲面数据的特点,引入局部网格曲率特性参数,构建基于三角面片微分几何特性的网格简化方法,从而提出基于网格简化的复杂曲面离散数据检测点布局策略,并建立不同层次网格之间距离值相对于简化三角形数量的拟合曲线方程,验证曲率权值优化方法在离散数据环境下对提高复杂曲面采样点布局精度的有效性.     

基于支持向量机的点云曲面刀具路径规划

针对单值散乱点云曲面刀具路径规划问题,提出了一种基于最小二乘支持向量机的计算方法。在计算过程中,将点云数据向平面投影,得到二维点集。应用网格划分和边界网格内测量点高斯映射技术,提取平面区域内的边界特征点。用边界特征点定义点云曲面的实际加工区域,在此区域内规划平行等间距刀具路径。应用最小二乘支持向量机拟合点云数据,求得被加工曲面的连续表达模型,经此模型将二维刀具路径数据向三维空间映射,求出刀触点数据。将刀触点经法向偏置计算,求得刀位点。实例验证证明,该方法能较好地解决信息不完备散乱点云曲面刀具路径生成问题。      

基于散乱数据的粗加工刀具路径生成

构建了基于散乱数据的粗加工刀具路径生成模型。零件粗加工采用分层切削加工的方法。首先基于扩展自组织特征映射神经网络构建的三角形网格模型实现测量点云压缩后的Delaunay三角逼近剖分;然后对三角形网格进行偏置,得到被加工曲面的多面体模型;之后在各切削层根据二维等值平面图的拓扑结构,确定各切削层的有效加工区域;最后根据二维平面加工的原理进行刀位规划,得到粗加工刀具路径。实验表明所构建的基于散乱数据的粗加工刀具路径生成模型有效可行。     

基于涡轮叶片有限元分析离散数据点的NURBS曲面重构

为解决有限元方法产生的三角网格数据不利于进行后续的曲面编辑和加工的问题，提出了一套算法将有限元网格逼近为造型和加工常用的NURBS曲面。首先对有限元网格进行预处理，提取出边界曲线并构造出初始曲面；通过基于曲率的自由曲面抽样网格规划方法，将海量离散数据点进行压缩及建立四边域网格，方法具有自组织和压缩比率用户可控等特点；采用迭代逼近的方法进行NURBS曲面拟合，在保证拟合精度的前提下提高了曲面光顺性。对真实叶片数据的处理证明了算法的实用性。     

从测量的散乱数据点云直接生成数控刀具路径的研究

提出了一种直接从测量的散乱数据点云用球头刀对自由曲面进行三轴数控加工时生成刀具路径的方法。不同于现有散乱点云基于逆向工程的刀具路径生成方法,本法考虑并估计了曲面加工误差和粗糙度。将散乱数据点云向XY平面投影,以获得的投影边界为刀具路径的主方向,然后根据曲面所需的加工误差和残留高度要求划分该投影数据点云,得到一系列刀位网格单元。通过最小化每个刀位网格单元的加工误差以确定每个刀位网格的节点位置,加权平均相关联刀位网格节点来对齐相邻刀位网格单元的边缘。为了缩短加工时间,裁去刀位路径上多余的线段,最终生成高效合理的数控加工刀具路径。已用实测的数据点云验证了本法直接生成刀具路径的有效性。     

自由曲面慢刀伺服车削加工技术

目前,自由曲面的高速、高精度加工存在很多困难.因此,提出了适用于自由曲面加工的慢刀伺服车削的刀具路径规划方法.该方法考虑节点向量与控制点,采用NURBS曲线拟合刀具路径.NURBS曲线拟合的过程中先预处理离散点,然后将其参数化.再确定节点向量后反求控制顶点.通过调整控制顶点,可以快速的调整曲线的形状,使拟合的过程更加准确.最后对正弦网格表面与微透镜阵列表面进行了加工实验,验证了该加工方法的有效性.     

基于视觉的毛坯件磨削路径规划方法

以某型号刹车片支架为研究对象,对不规则曲线磨削路径规划进行了研究,提出了一种基于视觉的毛坯件磨削路径规划方法。分别对刹车片支架的毛坯件与标准工件图像进行图像处理,将等参数步长法与等弦高误差法相结合,对毛坯件与标准工件的一条边缘进行离散,且将得到的图像坐标系下的离散点变换至世界坐标系下。对世界坐标系下的离散点进行三次样条插值与拟合,通过对比确定毛刺部分,进而判断毛刺高度,确定磨削路径。所提出的基于视觉的毛坯件磨削路径规划方法为毛刺判别与不规则路径规划提供了解决方案,并为进一步实现机器人自动化磨削提供了技术支持。     

五轴加工刀具路径生成的有效加工域规划方法

为复杂曲面五轴数控加工的刀具路径优化生成问题提出一种新的有效加工域规划方法。在对工件被加工表面和刀具的几何特征进行分析的基础上,得到在加工件表面上各处的最优可加工域宽度和刀具切削方向。通过采用离散采样和插值计算生成优化的有效加工域集,得到最优化的初始刀具路径;同时建立一种迭代搜索算法,用于解决最优加工域的选择规划问题。采用此算法生成优化的后续刀具路径,使得有效加工域最终完全覆盖整个被加工表面。给出的示例显示相对于传统的五轴加工刀具路径生成算法,有效加工域规划方法可以减少刀具路径的总长度和加工时间,得到更为优化的刀具路径和更好的工件表面质量,因此有效加工域规划方法可以被用于五轴数控加工实践以降低加工成本和提高产品质量。     

类回转体曲面数控加工刀位轨迹规划

针对类回转体曲面高速进给数控加工,提出螺旋线驱动方式下圆环刀具加工轨迹的规划方法。构造螺旋线作为类回转体曲面的导动线,根据曲面上已知接触点轨迹的切线方向估算后续导动点对应的初始接触点。计算初始接触点处圆环刀具的刀心位置,再计算初始刀心位置与后续导动点对应的目标刀位点分别在圆周方向以及轴向的距离差值,利用相邻刀位点与相邻接触点存在的准相似关系,得到接近目标接触点的搜索方向和步长,经过迭代得到目标接触点和刀位点。在分析接触点处曲面曲率和圆环刀曲率的基础上,给出圆环刀加工误差计算方法。将所提出的算法用于鞋楦的五轴数控轨迹规划中,计算结果表明,该算法搜索效率较高,具有理论和实际应用价值,并通过鞋楦的五轴数控加工试验验证了算法的有效性。     

离散点云等残留高度数控加工刀轨生成方法

为了最大化刀轨行间距,从而减少刀轨总长度,针对离散点云提出了一种等残留高度刀轨生成方法。提出以点云局部轮廓点集直接生成残留高度点的迭代计算方法,再根据残留高度点和点云局部点集迭代计算出下一行等残留高度刀位点,从而获得等残留高度刀轨。算法无需点云等距或曲面重构,为了提高算法效率,提出了算法所需数据初值的优化计算方法。最后对典型的点云模型生成刀轨,与等行距刀轨相比,提出的算法生成的等残留高度刀轨总长度大幅减少,验证了算法的可行性和有效性。     

复杂曲面环形刀五轴端铣加工的刀具轨迹规划方法

为了降低复杂曲面类零部件加工的刀具路径,减小刀具路径条数,提高加工效率,提出了一种新的复杂曲面环形刀五轴端铣加工刀具轨迹优化方法。在局部可铣性基础上对刀轴矢量角进行自适应优化,采用新型加工带宽计算方法——等残留高度算法,给出了等残留高度算法的刀具轨迹生成具体步骤。仿真结果表明:与传统等残留高速算法相比,刀具轨迹优化算法的刀具路径更短、条数更少,能够有效提高复杂曲面加工效率。     

Grind-free tool path generation for five-axis surface machining

This paper discusses automatic tool path generation for five-axis filleted end mill finish-surface machining. A new method of automatic five-axis tool path generation is introduced called Grind-Free (GF) tool path generation. GF surfaces result from tool paths that avoid gouging and have scallops that are within the surface profile or waviness tolerances. New algorithms are presented for determining tool forward step and tool path step-over that produce a GF surface. Gouge-free tool paths can be generated directly from CAD data based solely on local and global machining constraints. The proposed methodology for GF tool path generation has been implemented in the C language using the CODE/Robline system. Surfaces were machined on a Boston Digital 505 five-axis milling machine to confirm this method.     

空间自由曲面五轴联动数控加工

介绍了五轴数控机床的运动方式,阐述了空间自由曲面五轴联动数控加工中刀具路径规划的基本方法:参数线法、CC路径截面线法、CL路径截面线法、导动面法等。之后对五轴加工中刀具轴向规划进行了论述:垂直于表面方式、平行于表面方式、倾斜于表面方式。最后归纳总结了刀具干涉的检测与处理的方法,并分别说明了其优缺点和适应范围。     

Iso-parametric tool path generation from triangular meshes for free-form surface machining

The polyhedral model is widely used in the manufacturing industry. However, apart from the iso-planar method, the tool path generation methods for polyhedral machining are very limited. In such a case, the given tool paths are no longer boundary-conformed or efficient. This paper presents a new approach to iso-parametric tool path generation for triangular meshes. The strategy proposed herein first parameterizes the triangular faces via a harmonic map. The cutter-contact (CC) points and the path interval are then calculated based on the machining tolerance requirements and the iso-parametric tool paths are finally generated. The method is implemented on a computer and some illustrative examples are provided to show the effectiveness of the developed algorithm. The main advantage of the proposed method is that the tool paths can be generated naturally along the boundary of a polyhedral model, thus eliminating internal tight-radius corners in conventional paths. This leads to substantial reductions of tool wear and machining time. In addition, the proposed method can also be used in other non-iso-parametric tool path planning methods for triangular meshes and compound surfaces machining.     

Constant scallop-height tool path generation for three-axis discrete data points machining

This paper presents a new approach for the determination of constant scallop-height tool paths in the machining of discrete data points using three-axis ball-end milling. Compared with the existing approaches for surfaces, this approach avoids offsetting data points, which is complex and time consuming. This paper firstly creates the local coordinate system centered at each CL point of the current path to calculate the corresponding scallop point and then the similar local coordinate system is created at each scallop point to calculate the wanted CL point of the next tool path. The tool paths generated by the approach keep the scallop-height constant and meet the step error requirement. The experiment result indicates that the approach is feasible and efficient and the overall tool path length can be reduced significantly compared with the iso-planar method.