[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

摘要

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。

主权项

1.一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1、输入需要加工的点云模型和加工参数，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式(1)计算出首行刀位点集合步骤2、对刀位点构造局部坐标系；设第i行刀位点集合为以为原点创建局部坐标系X_wY_wZ_w，令向量为Y_w轴正方向，法平面即为坐标平面X_wZ_w，与全局坐标平面XY的交线作为X_w轴，最后以右手法则确定Z_w轴；设X_w、Y_w、Z_w轴单位向量分别为i_w、j_w、k_w，可获得任意一点p在局部坐标系下坐标p^w；步骤3、计算进给方向法平面上的点云轮廓点集；计算残留高度点需要求出刀位点进给法平面上的点云轮廓数据点，为了提高轮廓精度，获取刀位点刀具投影邻域内的数据点，计算出在局部坐标系X_wY_wZ_w中的坐标，利用式(4)获得在切片厚度e范围内的点集P_i,j，最后采用切片求交法对P_i,j计算出轮廓点集其中x^w、y^w是局部坐标系下的坐标，R为刀具半径；步骤4、迭代计算出残留高度点；步骤4.1、获取点云轮廓点集中计算的初始点；设残留高度最大允许值为h，要求的残留高度点为对点集中所有点计算到原点O_w的距离D，对仅保留所有满足D≤(R+h)的点，记为{p_k}；对点集{p_k}中每个点带入式(5)，计算出Δ最小值对应的点p_k作为计算的初始点，即点集{p_k}中距离圆x²+z²＝(R+0.5h)²最近的点；步骤4.2、计算交点坐标；以为圆心、h为半径，构建圆⊙p_k与刀具圆的交点为和设的x坐标大于在三角形中，O_wp_k＝D_k，设则交点的坐标可由式(6)求出：步骤4.3、计算迭代数据点、获取残留高度点以点为圆心、h为半径，构建圆运用式(7)求出点集{p_k}中所有位于圆内的点，获取其中最短距离所对应的点作为下一次计算的数据点，并从点集{p_m}中删除所有位于圆之外的点，转到步骤4.2。若点集{p_m}为空集，则说明到点云轮廓的最小距离为h，就是要求的残留高度点步骤5、对残留高度点构造局部坐标系；设第i行残留高度点集合为与步骤2类似，以为原点创建局部坐标系X_sY_sZ_s，令向量为Y_s轴正方向，法平面即为坐标平面X_sZ_s，与全局坐标平面XY的交线作为X_s轴，最后以右手法则确定Z_s轴，求出X_s、Y_s、Z_s轴的单位向量i_s、j_s、k_s，以及在局部坐标系下的点坐标；步骤6、设置等残留高度刀位点的坐标初值；步骤7、迭代计算出等残留高度刀位点；以上计算步骤中，步骤2～4为残留高度点计算流程，步骤5～7为等残留高度刀位点计算流程；对当前行刀位点集合可由以上步骤求出相邻行等残留高度刀位点集合以此类推，可完成所有行等残留高度刀位点的计算，最后所有刀位点组成了点云完整的等残留高度刀轨。