一種基于三角網(wǎng)格偏置補(bǔ)償?shù)牡段宦窂缴煞椒捌鋽?shù)控加工系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于三角網(wǎng)格偏置補(bǔ)償?shù)牡段宦窂缴煞椒?，還涉及利用該方法 的數(shù)控加工系統(tǒng)，屬于數(shù)控加工機(jī)床中的數(shù)字控制系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展，越來越多的實(shí)物零件通過掃描的三角 網(wǎng)格模型直接實(shí)現(xiàn)數(shù)控編程和加工（三角網(wǎng)格模型，是三維空間中由一系列相互連接的三 角形面片組成的一種曲面離散逼近的表達(dá)形式，由于三角網(wǎng)格能靈活的反映實(shí)際曲面復(fù)雜 的形貌，因此適用于任意分布的散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)集，使得它在曲面重構(gòu)、曲面分割和模型光順等
技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的利用）。三角網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工技術(shù)可加速產(chǎn)品開發(fā)過程，提高 生產(chǎn)效率并降低成本。其中，CL路徑截平面法是當(dāng)前基于三角網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成方 法之一，其做法是：根據(jù)實(shí)際加工刀具偏置三角網(wǎng)格模型。其中，頂點(diǎn)法矢的計(jì)算將影響三 角網(wǎng)格模型的偏置及后續(xù)加工的效果。CL路徑截平面法中，三角網(wǎng)格偏置的距離根據(jù)加工 刀具進(jìn)行選擇的，對(duì)于球頭刀具，偏置距離為球頭刀具的半徑，而對(duì)于環(huán)形刀具，則需要對(duì) 三角網(wǎng)格模型進(jìn)行二次偏置。對(duì)三角網(wǎng)格偏置有基于頂點(diǎn)的偏置方法和基于三角面片的偏 置方法，其中，基于頂點(diǎn)的偏置方法需要計(jì)算三角網(wǎng)格模型的頂點(diǎn)法矢。對(duì)于三角網(wǎng)格頂點(diǎn) 法矢的計(jì)算，需要考慮與該頂點(diǎn)相鄰的二角面片ig息，對(duì)其法矢進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算。CL路徑 截平面法主要操作流程包括偏置三角網(wǎng)格模型，截平面求取偏置三角網(wǎng)格上的刀位點(diǎn)，對(duì) 刀位點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，擬合曲線上的直線逼近，數(shù)控代碼的生成。其中，基于頂點(diǎn)偏置的方 法是常用的三角網(wǎng)格偏置方法。該方法的主要思想是先計(jì)算三角網(wǎng)格每個(gè)頂點(diǎn)的法矢，再 使每個(gè)頂點(diǎn)沿計(jì)算得到的頂點(diǎn)法矢偏置一個(gè)球頭刀具半徑，并最終連接偏置的頂點(diǎn)生成偏 置的三角網(wǎng)格模型。
[0003] 頂點(diǎn)偏置的方法能夠快速有效的計(jì)算獲取偏置的三角網(wǎng)格模型，但事實(shí)上該方法 不能保證偏置的三角網(wǎng)格模型與原三角網(wǎng)格模型的距離為要求的球頭刀具半徑，下面結(jié)合 附圖1進(jìn)行一個(gè)三維原理分析，正方體模型上的頂點(diǎn)沿法矢方向偏置距離，得到偏置的頂 點(diǎn)。連接各偏置的頂點(diǎn)，生成偏置的正方體模型。但在偏置的正方體模型面上取點(diǎn)，可以發(fā) 現(xiàn)所取的點(diǎn)到原正方體模型的距離為J小于要求的R。即在三維情況下，頂點(diǎn)偏置的方法 無法保證偏置模型的偏置距離。按照現(xiàn)有偏置方法的操作原理如圖2-圖5所示，圖2為整 體原理圖，圖3-圖5為圖2中的局部放大圖，從圖3-圖5中不難看出，圖中標(biāo)號(hào)6、7、8為 實(shí)際的刀位點(diǎn)，這三個(gè)切點(diǎn)會(huì)造成過切現(xiàn)象。這會(huì)造成實(shí)際數(shù)控加工的加工過切現(xiàn)象，并影 響數(shù)控加工的加工精度。
[0004] 經(jīng)檢索，中國(guó)專利200810159746. 1公開了一種"三角網(wǎng)格細(xì)分曲面NC刀軌生成方 法"，該方法雖然很詳細(xì)的公開了刀軌的生成方法，但是其生成算法并不能避免偏置不到位 和過切現(xiàn)象的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于刀位路徑生成的三角網(wǎng)格偏置補(bǔ)償 方法，這種偏置補(bǔ)償方法保證了偏置三角網(wǎng)格模型面片的偏置距離符合CL路徑截平面法 的要求，從而改善CL路徑截平面法的加工精度，減少數(shù)控加工過切程度。
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于刀位路徑生成的三角網(wǎng)格偏置補(bǔ)償 方法，這種偏置補(bǔ)償方法保證了偏置三角網(wǎng)格模型面片的偏置距離符合CL路徑截平面法 的要求，從而改善CL路徑截平面法的加工精度，減少數(shù)控加工過切程度。
[0007] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案：
[0008] -種基于三角網(wǎng)格偏置補(bǔ)償?shù)牡段宦窂缴煞椒ǎㄈ缦虏襟E：
[0009] (1)建立三角網(wǎng)格模型；
[0010] (2)對(duì)三角網(wǎng)格模型進(jìn)行偏置并獲取偏置的三角網(wǎng)格模型，其中偏置距離為球頭 刀具半徑加偏置補(bǔ)償距離；
[0011] (3)基于所述偏置的三角網(wǎng)格模型，通過曲線擬合的方式獲取刀位信息；
[0012] (4)對(duì)刀位點(diǎn)信息進(jìn)行代碼輸出，生成數(shù)控代碼用于數(shù)控加工。
[0013] 本發(fā)明對(duì)三角網(wǎng)格的頂點(diǎn)偏置方法進(jìn)行了研究，分析了其偏置距離不足的問題， 結(jié)合三角網(wǎng)格直接數(shù)控加工的CL路徑截平面法，研究了三角網(wǎng)格偏置距離不足造成的加 工過切問題，提出了針對(duì)三角網(wǎng)格偏置距離的補(bǔ)償算法，解決了三角網(wǎng)格直接數(shù)控加工的 加工過切問題，提高了三角網(wǎng)格模型直接數(shù)控加工的加工精度。該方法在三角網(wǎng)格頂點(diǎn)偏 置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過頂點(diǎn)相鄰三角面片信息計(jì)算有效的偏置距離，并在三角網(wǎng)格的 偏置過程中進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到有效的偏置三角網(wǎng)格，進(jìn)而獲得有效的數(shù)控加工代碼。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：
[0015] 進(jìn)一步的，偏置的三角網(wǎng)格模型通過如下步驟確定：
[0016] (1)獲取三角網(wǎng)格的數(shù)據(jù)信息，提取每個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)信息及相鄰面片的數(shù)據(jù)信 息；
[0017] (2)通過頂點(diǎn)相鄰面片的數(shù)據(jù)信息，計(jì)算三角網(wǎng)格每個(gè)頂點(diǎn)的法矢方向；
[0018] (3)按照偏置補(bǔ)償方法計(jì)算偏置補(bǔ)償距離；
[0019] (4)根據(jù)計(jì)算所得補(bǔ)償距離對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行二次偏移；
[0020] (5)連接所有二次偏移后所得的頂點(diǎn)生成修正后的三角網(wǎng)格。
[0021] 進(jìn)一步的，偏置補(bǔ)償距離通過如下步驟獲得：
[0022] (1)計(jì)算當(dāng)前頂點(diǎn)與相鄰每個(gè)面片法矢的夾角；
[0023] (2)計(jì)算每個(gè)面片對(duì)于當(dāng)前頂點(diǎn)的有效偏置補(bǔ)償距離；
[0024] (3)計(jì)算每個(gè)面片的權(quán)重；
[0025] (4)計(jì)算每個(gè)面片的權(quán)重比例；
[0026] (5)計(jì)算當(dāng)前頂點(diǎn)的偏置補(bǔ)償距離。
[0027] 進(jìn)一步的，通過曲線擬合的方式獲取刀位信息通過如下步驟進(jìn)行：
[0028] (1)截平面求取所述偏置的三角網(wǎng)格模型上的交點(diǎn)，交點(diǎn)為三角面片邊界上的 占 .
[0029] (2)對(duì)截面交點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，即進(jìn)行過交點(diǎn)的樣條曲線插值；
[0030] (3)直線逼近擬合的曲線，得到擬合曲線上的刀位點(diǎn)信息。
[0031] 進(jìn)一步的，偏置補(bǔ)償距離計(jì)算的步驟一中，夾角的計(jì)算公式為：
[0033] 其中：Θ u為頂點(diǎn)p占相鄰三角面片F(xiàn)」的夾角，心為頂點(diǎn)P1相鄰三角面片F(xiàn)郝 法矢，為頂點(diǎn)Pi的法矢；
[0034] 進(jìn)一步的，偏置補(bǔ)償距離計(jì)算的步驟二中，有效偏置補(bǔ)償距離為：
[0035] Δ i, .j= L -R = Lij j (1-cos Θ ^ j),
[0036] 其中：Δ u為相鄰面片F(xiàn) ,的補(bǔ)償偏置距離，L u為實(shí)際需要偏置的總距離，R為球 頭刀具的半徑；
[0037] 進(jìn)一步的，偏置補(bǔ)償距離計(jì)算的步驟三中，權(quán)重的計(jì)算公式為：
[0038]
[0039] 其中：為頂點(diǎn)P1相鄰三角面片F(xiàn)茂F "的法矢，W h i至W 1ιη為頂點(diǎn)ρ i相鄰 三角面片F(xiàn)gFn的的權(quán)重；
[0040] 進(jìn)一步的，偏置補(bǔ)償距離計(jì)算的步驟四中，權(quán)重比例的計(jì)算公式為：
[0042] 其中：Wi,」為步驟二種計(jì)算所得的權(quán)重，W' "j為權(quán)重比例；
[0043] 進(jìn)一步的，偏置補(bǔ)償距離計(jì)算的步驟五中，偏置補(bǔ)償距離的計(jì)算公式為：
[0045] 其中=A1為偏置補(bǔ)償距離，W' u為步驟四中算得的權(quán)重比例，Δ u為相鄰面片 F,的補(bǔ)償偏置距離。
[0046] -種基于三角網(wǎng)格偏置補(bǔ)償?shù)臄?shù)控加工系統(tǒng)，包括：
[0047] 三角網(wǎng)格模型生成模塊，用于生成三角網(wǎng)格模型；
[0048] 偏置的三角網(wǎng)格模型生成模塊，用于對(duì)三角網(wǎng)格模型進(jìn)行偏置并獲取偏置的三角 網(wǎng)格模型，其中偏置距離為球頭刀具半徑加偏置補(bǔ)償距離；
[0049] 擬合模塊，用于基于所述偏置的三角網(wǎng)格模型，通過曲線擬合的方式獲取刀位信 息；
[0050] 數(shù)控代碼生成模塊，用于對(duì)刀位點(diǎn)信息進(jìn)行代碼輸出，生成數(shù)控代碼用于進(jìn)行數(shù) 控加工。
[0051] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：操作簡(jiǎn)單，使用可靠，通過 運(yùn)算自動(dòng)補(bǔ)償偏置距離，對(duì)三角網(wǎng)格直接數(shù)控加工的CL路徑截平面法進(jìn)行了補(bǔ)充和改進(jìn)， 解決了三角網(wǎng)格直接數(shù)控加工的加工過切問題，提高了三角網(wǎng)格模型直接數(shù)控加工的加工 精度。
【附圖說明】
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