基于曲面分片的五轴刀具轨迹规划研究

摘要

最优刀具轨迹规划是数控加工的关键技术之一，也是一个永久课题。能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性，效率和精度。传统的方法是采用同一把刀具对整张复杂曲面进行加工，数控编程算法虽然相对简化，但因为受到最小曲率半径的约束必须采用较小半径的刀具，因而刀具轨迹加长，加工效率降低。倘如能依照曲面的曲率对曲面进行分片，并采用不同刀具及刀轨规划方法对各个分片曲面分别进行加工，则可以大大提高加工效率。
　　 为此，本文提出了基于主曲率和近邻传播聚类的曲面分片算法。该算法的主要步骤如下:
　　 首先，对曲面的离散和曲面分片。对被加工曲面做空间离散、计算离散型值点处的主曲率、高斯曲率及平均曲率，结合近邻传播聚类算法，将复杂曲面划分为不同的数控加工子曲面区域。
　　 其次，分片曲面边界的确定。算法开发中，以双向十字链表数据结构来存储整张曲面，清晰地、完好地表达被加工曲面，大大提高的算法效率。采用基于C-map模型的边界抽取算法对边界线进行提取。
　　 最后，最优加工策略下刀轨的生成。根据不同的区域特点采用不同的刀具半径以及路径生成方法生成刀轨，有效缩短了加工路径的长度，提高了复杂曲面数控加工的效率和精度。
　　 本算法是以UG提供的二次开发工具作为开发平台，以VC++为软件开发环境，在UG提供的编程接口与开发环境的基础上，开发并且实现了本文算法。通过实例进行路径计算并与传统等残留高度法进行比较，结果表明，提出的方法可以有效提高复杂曲面的加工效率(30.59％)。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 刀具轨迹规划的研究现状及存在的主要问题

1．3 课题研究的主要内容

1．4 本章小结

第二章 曲面分片规划研究

2．1 曲面的几何特性分析

2．1．1 曲面的数学建模

2．1．2 NURBS曲面几何参数

2．1．3 曲面几何参数分析

2．2 曲面的加工特性分析

2．3 曲面分片规划

2．3．1 曲面离散

2．3．2 粗分曲面片

2．3．3 细分曲面片

2．3．4 提取边界

2．4 本章小结

第三章 曲面刀具轨迹规划

3．1 刀具轨迹生成的方法

3．2 复杂曲面加工刀具选择

3．3 刀具姿态

3．4 等残留高度法

3．4．1 刀触点处局部微分几何分析

3．4．2 短程线曲率半径的计算

3．4．3 走刀步长的确定

3．4．4 加工行距的计算

3．5 刀具干涉的处理

3．5．1 全局干涉

3．5．2 局部干涉与刀具姿态优化

3．6 刀位点的计算

3．7 刀具路径的生成

3．8 本章小结

第四章 UG二次开发

4．1 UG／OPEN概述

4．2 软件算法流程

4．3 二次开发程序实现

4．3．1 编译环境设置

4．3．2 主程序入口函数

4．3．3 软件界面开发

4．3．4 软件模块开发

4．4 本章小结

第五章 软件测试及分析

5．1 测试的曲面实例

5．2 本文方法和传统单一刀轨法的比较

5．3 加工效率分析

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢