[发明专利]一种沿中心轴线进给的三维类摆线抛光轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种沿中心轴线进给的三维类摆线抛光轨迹生成方法，包括以下步骤：通过几何处理的方法将三维网格曲面映射变换到平面参数区域，计算并保存各网格元素在该映射变换下的拉伸变形关系；在平面参数区域内生成该区域的中心轴线；以中心轴线为引导线，根据轴线位置所对应的三维网格曲面的局部几何特征以及拉伸变形关系，自适应调节沿中心轴线进给的摆线轨迹的步距；根据自适应的摆线轨迹步距，以及平面参数区域的边界轮廓约束，依次生成半径与步距可变的摆线轨迹填充整个平面参数区域；将所生成的平面摆线轨迹逆映射至对应的三维网格曲面，得到所需的三维类摆线抛光轨迹。本发明能够提高三维曲面抛光的均匀性，提升工件表面质量。

技术领域

本发明属于机械加工领域，特别涉及一种沿中心轴线进给的三维类摆线抛光轨迹生成方法。

背景技术

随着自由曲面在各领域的应用日益广泛，人们对自由曲面的要求越来越高。抛光作为曲面加工的最后工序，对于自由曲面的表面质量和精度有着至关重要的影响。

抛光轨迹规划是抛光工艺中具有重要意义的环节，扫描轨迹和环形轨迹是目前抛光工艺中两种主要的抛光轨迹，这两种抛光轨迹由于运动模式比较单一，导致抛光工件表面产生明显的压痕，在三维抛光中难以实现对自由曲面的均匀覆盖，从而降低抛光工件的表面质量。为了提升抛光工件的表面质量，亟需能够实现自由曲面均匀覆盖的抛光轨迹生成方法。

有关研究表明，摆线抛光轨迹由于具有多方向性，在抛光工件上产生的表面误差小于扫描轨迹和环形轨迹，并且更加接近手工抛光。

目前针对自由曲面的三维抛光轨迹规划方法主要有两种：等参数线法和截平面法。这些抛光轨迹规划方法对于曲率变化较大的自由曲面存在抛光轨迹分布不均匀的问题。通过几何处理的方法先在平面参数区域内规划平面抛光轨迹，再逆映射回三维自由曲面，是一种可靠且有效的抛光轨迹规划方法。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出一种沿中心轴线进给的三维类摆线抛光轨迹生成方法。该方法将三维网格曲面映射变换到平面参数区域，然后沿平面参数区域的中心轴线生成平面摆线轨迹，通过调节摆线步距值来控制抛光精度，最后将平面摆线轨迹逆映射回三维网格曲面，获得三维类摆线抛光轨迹，从而为自由曲面的抛光加工提供更加均匀的抛光轨迹生成方法。

为达到以上目的，本发明采用了如下技术方案。

一种沿中心轴线进给的三维类摆线抛光轨迹生成方法，包括以下步骤：

(1)提取抛光工件的三维网格曲面信息，通过几何处理的方法将三维网格曲面映射变换到平面参数区域，计算并保存各网格元素在该映射变换下的拉伸变形关系；

(2)在步骤(1)所建立的平面参数区域内生成该区域的中心轴线；

(3)以步骤(2)所建立的中心轴线为引导线，根据轴线位置所对应的三维网格曲面的局部几何特征以及步骤(1)所建立的拉伸变形关系，自适应调节沿中心轴线进给的摆线轨迹的步距值，使得抛光轨迹的步距在三维曲面上分布均匀；

(4)根据步骤(3)所计算的自适应的摆线轨迹步距，以及步骤(1)所建立的平面参数区域的边界轮廓约束，依次生成半径与步距可变的平面摆线轨迹，以填充整个平面参数区域；

(5)将步骤(4)所生成的平面摆线轨迹逆映射回三维网格曲面，获得三维类摆线抛光轨迹。

进一步地，步骤(1)中所述的几何处理方法具体包括：将所要加工的三维网格曲面映射变换为平面参数区域内的参数网格，并建立空间网格与平面参数网格之间的一一映射关系。

进一步地，步骤(1)中的所述拉伸变形关系是指三维网格曲面映射变换到平面参数区域时，每个空间网格单元和对应的平面网格单元之间的面积缩放比例。

进一步地，步骤(2)中所述的中心轴线是指由轮廓边界构成的平面封闭区域内所有最大内切圆圆心的集合。