[发明专利]点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法

说明书

本发明公开了一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法，首先导入待加工的点云模型，设置加工刀具、残留高度最大允许值、步长等信息；然后对当前行刀轨刀位点构造局部坐标系，计算进给方向法平面上的点云轮廓点集，直接在刀具轮廓上计算出残留高度点；对残留高度点构造出局部坐标系，设置要计算的残留高度刀位点的坐标初值，最后迭代计算出下一行等残留高度刀位点。通过上述方式，本发明提供了点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法，无需对点云偏置或曲面重构，实现了对点云直接、高效计算等残留高度刀轨，为逆向工程与数控加工相结合进行产品制造提供了技术基础。

技术领域

本发明属于计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)的技术领域，具体涉及一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法。

背景技术

与常用的刀轨生成方法行距自适应法和等行距法不同，等残留高度刀轨通过控制相邻刀位点之间的距离使残留高度均为最大允许值，从而实现行距最大化、刀轨总长度最小化，特别适合加工表面过渡平滑的自由曲面产品。

等残留高度数控加工刀轨在加工效率、表面残留高度均匀性方面优势明显，计算等残留高度刀轨的主要过程是求出残留高度点、再以此计算等残留高度刀位点。但残留高度几何特性较为复杂，残留高度点和等残留高度刀位点计算难度大，且每一行刀位点都需要根据上一行刀位点逐一计算出，计算量大。目前生成三轴等残留高度数控加工刀轨的方法通常是将产品模型进行偏置，获得偏置模型，再与刀具包络面求交，获得残留高度点轨迹和刀位点轨迹。

中国专利申请号为CN201810224947.9的发明专利公开了一种三角网格模型的等残留高度刀触点轨迹生成方法。该方法将刀触点轨迹中的刀触点分为三种类型、对刀触点进行各向异性偏置获得相应的偏置刀触点、偏置刀具路径自相交处理三个部分来进行刀触点轨迹的生成，提出对于不同类型的刀触点，在刀触点切平面内各向异性偏置基础上计算实际偏置点，然后进行偏置刀触点轨迹的自相交检测、交点计算和有效子路径判断，最终使得刀具轨迹间的加工残留高度更接近最大允许值。中国专利申请号为CN201410597489.5的发明专利公开了一种用于五轴数控加工的等残留高度刀触点轨迹的生成及优化处理方法。该方法针对复杂网格模型的五轴加工，提出自适应的投影偏置方法来生成五轴等残留刀触点轨迹，并对刀具轨迹进行了轨迹光顺、轨迹点优化、轨迹自相交去除等处理，最终获得较为理想的刀触点轨迹。

以上两专利主要通过对网格模型偏置、求交、判断等方式计算等残留高度刀轨，对于点云模型，偏置后的模型在凸区域的点密度会降低，甚至产生较大面积的空洞，降低了计算精度，在凹区域当偏置距离大于曲率半径时，会产生自相交，因此以上两专利的方法不能很好地适用于点云模型。目前还没有公开的点云模型三轴等残留高度刀轨生成方法方面的专利，市场上也没有商业CAM软件能够对包含海量散乱数据点的点云直接计算三轴等残留高度数控加工刀轨。

发明内容

目前还没有商业CAM软件能够对包含海量散乱数据点的点云直接计算三轴等残留高度数控加工刀轨，本发明主要解决的技术问题是提供一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法。通过对当前行刀轨刀位点构造局部坐标系，计算进给方向法平面上的点云轮廓点集，直接在刀具轮廓上计算出残留高度点；对残留高度点构造出局部坐标系，设置要计算的残留高度刀位点的坐标初值，迭代计算出下一行等残留高度刀位点。

本发明采用的技术方案是：提供了一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法，包括以下具体步骤：

步骤1、输入需要加工的点云模型和刀具、步长、残留高度等加工参数，计算首行刀位点集合；

设点云点集为p，p＝{p_i|p₀,p₁,p₂,…,p_n}，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下式计算出首行刀位点集合