基于散乱数据点的数控加工刀位直接生成

研究了测量得到的散乱数据点在平面上投影点的边界轮廓提取算法；以抬刀次数最少为优化目标，通过引入计算几何中单调链的概念，确定了最佳的行切加工方向和最少单调链数；给出了在平面区域内行切法加工的刀位计算与Z字形刀位连接方法，该方法适用于模具型腔的刀位规划；针对圆环刀、球头刀和平头刀，提出了不发生干涉的曲面三轴加工刀位计算方法，可基于散乱点测量数据直接生成数控加工刀位，此刀位计算方法也可用于模具型腔的修复。最后，通过数值仿真验证了算法的可行性。     

基于CQEM的海量测量点集刀位轨迹生成算法研究

提出基于约束二次误差度量(CQEM)的海量测量点集刀位轨迹生成算法。算法以大规模测量点集为待加工曲面,依据刀具大小动态生成刀具邻域的插值网格,以平面截交网格交点作为初始刀触点,对其进行CQEM优化并细分该截交网格,在此基础上生成无干涉刀位轨迹。算法不仅利用网格的动态局部构造节约了大量的空间消耗而且通过刀触点集的COEM优化减小了加工曲面逼近测量点所在曲面的误差。     

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。     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

鼓形砂轮周磨自由曲面刀位算法

对采用鼓形砂轮周磨自由曲面的刀位计算进行了研究。为了提高加工效率，提出了一种基于避免加工中砂轮和工件曲面局部干涉的鼓形砂轮几何参数的优化方法。在刀位计算中，砂轮被限定在摆刀平面中旋转；离散鼓形砂轮表面，计算采样点到工件曲面的有向距离，获得当前刀位的加工误差分布和加工带宽；以砂轮轴和工件曲面最小法曲率方向的夹角为优化变量，以当前刀位的加工带宽的最大化为优化目标，用格点法进行了鼓形砂轮周磨自由曲面的刀位优化。利用UG二次开发技术编程，生成了Bezier曲面的加工轨迹的计算实例，验证了所提出的砂轮几何参数和刀位的优化算法。     

复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展

五轴端铣加工是提高重点工业和国防领域复杂曲面类零部件加工质量和加工效率的重要手段。围绕刀位优化、刀路规划和刀轴矢量优化三个关键问题,综述近年来五轴端铣加工刀具轨迹规划技术的研究进展。根据刀具和工件曲面之间切触点数量,将五轴端铣加工刀位优化算法分为单点切触、多点切触和无切触点三类,并建立多点切触刀位优化的通用数学模型。然后系统梳理了刀路规划、全局干涉检测及刀轴矢量优化理论和方法。最后分析了当前研究存在的不足,指出五轴端铣加工刀具轨迹规划应该尽可能从整体角度出发,且应充分考虑机床的运动学和动力学特性,同时应加强多点切触加工理论和应用研究,使其在工程实际中真正发挥高效优势。     

圆环面刀具五坐标数控加工旋转切触刀位算法

针对圆环面刀具加工开阔自由凹曲面,提出一种新的五坐标旋转切触刀位算法。算法来自于传统多点切触加工的逆向思考,首先确定刀具在工件曲面等距面上局部坐标系中的初始位置,然后优化调整刀具的后跟角和侧偏角,使刀具表面和工件曲面在不发生局部过切的前提下在最小主曲率方向两侧实现两点切触。与传统的多点刀位算法根据两个切触点来计算刀位不同,旋转切触刀位算法通过刀具的后跟角和侧偏角来确定最优刀位,而刀具表面和工件曲面之间的两个切触点则不需要求出。实例计算和加工仿真表明,旋转切触刀位算法不仅能够有效地产生无局部过切的多点刀位,从而不需要额外的局部过切检测及修正过程,而且在相同的加工误差下其产生的加工带宽约为UG算法的两倍,加工效率得到明显提高。     

多点切触加工的割线法

为了使多点切触加工算法具有更广泛的普遍性并降低原有的多点切触加工算法的计算耗时,对采用圆环面刀具和工件曲面实现多点切触加工的算法原理进行了分析,得到了多点切触加工中圆环面刀具的定位方法;同时提出了一种新的多点切触加工的加工误差控制方法。为了控制多点切触加工中两个切触点之间的最大欠切误差,建立了以两个切触点间参数差值圆半径为自变量的函数方程,采用割线法迭代求解该函数方程,可以得到在允许加工误差下的最优参数差值圆半径和当前的最优刀位。通过实例验算表明,采用圆环面刀具的多点切触加工的刀位计算可以获得很宽的加工刀轨,而采用割线法进行加工误差控制的多点切触加工刀位算法和Hermite算法相比,计算耗时明显减少,在曲面加工的刀位计算中更加实用。     

自由曲面三轴联动数控加工刀位轨迹生成的研究

自由曲面数控加工刀位轨迹的自动生成，是相关ＣＡＭ技术的关键问题。本文利用点涉法原理推导出刀位点的计算公式，在此基础上，考虑存在干涉的刀具与被加工曲面接触点具有区间连续的特性，以非均匀走刀方式，介绍空间自由曲面三轴联动数控加工刀位轨迹的生成方法。     

点云直接生成模具数控程序的算法研究

根据已有的预处理之后的零件点云数据,提出了一种由点云直接生成模具数控加工程序的方法。主要讨论了如何利用主元素分析法求曲面局部的法向量,并利用曲面的法向量的反向和偏置得到模具的曲面全局法向量,从而计算出模具的刀位点并生成刀位轨迹。介绍了工件坐标系与机床坐标系之间的坐标变换方法,最终求出生成模具的数控加工G代码,并通过实例验证了算法的准确性、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。      

Tool-path generation from densely scattered measure points based on CQEM

An algorithm of tool-path generation from densely scattered measure points is presented in this paper based on constraint quadratic error metrics (CQEM). In the algorithm where the surface to be machined is represented directly with measured points, first, a mesh interpolating the points is dynamically constructed according to cutter sizes and slicing plane locations. Second, the initial C-C points are generated from the intersection points between the mesh and the slicing planes. Finally, the initial C-C points are optimized with CQEM. The algorithm shows capability to save memory usages and to achieve a higher precision in path location calculation.     

基于平面表像法和多关节联动的刀具刃磨位姿调整

在工具磨床上刃磨刀具时,待刃磨面的位姿调整涉及复杂的空间平面联动变换,其角度调整的计算问题用一般方法很难解决。以平面表像法为基础,建立了刀具待刃磨面的平面像图,提出了一种将空间平面的旋转问题转化为射影平面内像点的移动问题,进而利用万向夹多关节联动旋转来实现刀具刃磨面位姿调整的方法,并给出了相应的计算公式。刃磨实验与建模仿真表明,所提方法能够方便地刃磨出具有不同切削角度组合的单点刀具。     

截面线等误差步长法计算点云刀具路径规划

提出了一种利用截面线等误差步长法计算点云刀具路径的算法。首先定义一组截平面,运用点云切片算法求出截平面与点云的交线,作为刀触点(CC)轨迹。刀触点轨迹是由大量离散点组成的点集,本文中提出了一种等误差步长法对刀触点轨迹计算刀触点,然后利用最小二乘法拟合刀触点附近点获得平面,平面法矢作为刀触点的法矢,沿法矢偏置刀具半径得到对应的刀位点,并对生成的刀位点进行干涉处理。该算法计算出的刀具路径包含的刀位点数量更少,误差均匀且都满足最大误差要求,最后通过实例验证了算法的可行性。     

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。     

复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法

在对等残余高度刀具轨迹规划算法加工参数曲面研究的基础上,提出带有误差补偿值的复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法——高精度刀轨误差补偿算法。通过分析刀触点及与之相应的相邻路径上的粗、精刀位对应点间的关系,引入误差补偿值以提高精对应刀位点的求解精度,得到经过合理简化的误差补偿值表达式,并得出粗、精对应刀位点与理论刀位点的距离误差表达式。高精度刀轨误差补偿算法可以在满足插补运算实时性要求的前提下,使相邻轨迹上与刀触点相对应的刀位点的参数值计算精度得到极大提高,进而提高复杂参数曲面的加工刀具轨迹精度。以使用平底铣刀为例进行仿真加工,结果表明高精度刀轨误差补偿算法适合进行对复杂参数曲面的高精度加工。     

Tool path optimization in postprocessor of five-axis machine tools

Generally, tool path is generated in a computer-aided manufacturing software considering only the geometry of machining parts. It is converted into numerical control (NC) codes in the postprocessor based on the particular machine kinematics. For some special types of five-axis machine tools, e.g., non-orthogonal five-axis machine tools, the generated NC codes may produce unqualified parts because of the existence of the non-linear error. Conventional commercialized postprocessors usually do not have the function of non-linear error checking. Observing that the tool path is a non-smooth trajectory full of corners and a series of connected line segments, cubic spline interpolation is applied to smooth the tool path at regular points in this study. The cutter tip center points are computed by the cubic spine interpolation, while the cutter posture vectors are obtained via linear interpolation. At the splines (for regular points) and the line segments (feature points), more points are chosen to be converted into NC codes to reduce the non-linear error, which is called data densification. Using the cubic spline to smooth the tool path and the data densification to reduce the non-linear error, a novel tool path optimization algorithm in postprocessor is proposed. Experiments were carried out on an inclined rotary spindle axis non-orthogonal five-axis machine tool. It shows that the proposed tool path optimization provides improved accuracy and surface quality.     

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。     

NEW APPROACH ON CUTTER PATH GENERATION FOR PLANE MILING

ＮＥＷＡＰＰＲＯＡＣＨＯＮＣＵＴＴＥＲＰＡＴＨＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＦＯＲＰＬＡＮＥＭＩＬＩＮＧＭａＷｅｉｄｏｎｇ，ＬｉＰｅｉｇｅｎ，ＤｕａｎＺｈｅｎｇｃｈｅｎＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｂｓｔｒ...