[发明专利]一种基于三角网格偏置补偿的刀位路径生成方法及其数控加工系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三角网格偏置补偿的刀位路径生成方法，还涉及利用该方法的数控加工系统，属于数控加工机床中的数字控制系统的技术领域。

背景技术

随着计算机技术及数字化制造技术的发展，越来越多的实物零件通过扫描的三角网格模型直接实现数控编程和加工(三角网格模型，是三维空间中由一系列相互连接的三角形面片组成的一种曲面离散逼近的表达形式，由于三角网格能灵活的反映实际曲面复杂的形貌，因此适用于任意分布的散乱数据点集，使得它在曲面重构、曲面分割和模型光顺等技术领域得到广泛的利用)。三角网格模型的直接数控加工技术可加速产品开发过程，提高生产效率并降低成本。其中，CL路径截平面法是当前基于三角网格模型的刀具轨迹生成方法之一，其做法是：根据实际加工刀具偏置三角网格模型。其中，顶点法矢的计算将影响三角网格模型的偏置及后续加工的效果。CL路径截平面法中，三角网格偏置的距离根据加工刀具进行选择的，对于球头刀具，偏置距离为球头刀具的半径，而对于环形刀具，则需要对三角网格模型进行二次偏置。对三角网格偏置有基于顶点的偏置方法和基于三角面片的偏置方法，其中，基于顶点的偏置方法需要计算三角网格模型的顶点法矢。对于三角网格顶点法矢的计算，需要考虑与该顶点相邻的三角面片信息，对其法矢进行加权求和计算。CL路径截平面法主要操作流程包括偏置三角网格模型，截平面求取偏置三角网格上的刀位点，对刀位点进行曲线拟合，拟合曲线上的直线逼近，数控代码的生成。其中，基于顶点偏置的方法是常用的三角网格偏置方法。该方法的主要思想是先计算三角网格每个顶点的法矢，再使每个顶点沿计算得到的顶点法矢偏置一个球头刀具半径，并最终连接偏置的顶点生成偏置的三角网格模型。

顶点偏置的方法能够快速有效的计算获取偏置的三角网格模型，但事实上该方法不能保证偏置的三角网格模型与原三角网格模型的距离为要求的球头刀具半径，下面结合附图1进行一个三维原理分析，正方体模型上的顶点沿法矢方向偏置距离，得到偏置的顶点。连接各偏置的顶点，生成偏置的正方体模型。但在偏置的正方体模型面上取点，可以发现所取的点到原正方体模型的距离为小于要求的R。即在三维情况下，顶点偏置的方法无法保证偏置模型的偏置距离。按照现有偏置方法的操作原理如图2-图5所示，图2为整体原理图，图3-图5为图2中的局部放大图，从图3-图5中不难看出，图中标号6、7、8为实际的刀位点，这三个切点会造成过切现象。这会造成实际数控加工的加工过切现象，并影响数控加工的加工精度。

经检索，中国专利200810159746.1公开了一种“三角网格细分曲面NC刀轨生成方法”，该方法虽然很详细的公开了刀轨的生成方法，但是其生成算法并不能避免偏置不到位和过切现象的产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于刀位路径生成的三角网格偏置补偿方法，这种偏置补偿方法保证了偏置三角网格模型面片的偏置距离符合CL路径截平面法的要求，从而改善CL路径截平面法的加工精度，减少数控加工过切程度。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于刀位路径生成的三角网格偏置补偿方法，这种偏置补偿方法保证了偏置三角网格模型面片的偏置距离符合CL路径截平面法的要求，从而改善CL路径截平面法的加工精度，减少数控加工过切程度。

本发明解决以上技术问题的技术方案：

一种基于三角网格偏置补偿的刀位路径生成方法，包括如下步骤：

(1)建立三角网格模型；

(2)对三角网格模型进行偏置并获取偏置的三角网格模型，其中偏置距离为球头刀具半径加偏置补偿距离；

(3)基于所述偏置的三角网格模型，通过曲线拟合的方式获取刀位信息；

(4)对刀位点信息进行代码输出，生成数控代码用于数控加工。

本发明对三角网格的顶点偏置方法进行了研究，分析了其偏置距离不足的问题，结合三角网格直接数控加工的CL路径截平面法，研究了三角网格偏置距离不足造成的加工过切问题，提出了针对三角网格偏置距离的补偿算法，解决了三角网格直接数控加工的加工过切问题，提高了三角网格模型直接数控加工的加工精度。该方法在三角网格顶点偏置的基础上进行改进，通过顶点相邻三角面片信息计算有效的偏置距离，并在三角网格的偏置过程中进行补偿，从而得到有效的偏置三角网格，进而获得有效的数控加工代码。

本发明进一步限定的技术方案为：

进一步的，偏置的三角网格模型通过如下步骤确定：

(1)获取三角网格的数据信息，提取每个顶点的坐标信息及相邻面片的数据信息；