基于改进型Butterfly细分的网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105739432A(43)申请公布日2016.07.06(21)申请号201610153828.X(22)申请日2016.03.17(71)申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人冯毅雄王琪瑞程锦(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人林松海(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图5页(54)发明名称基于改进型Butterfly细分的网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法(57)摘要本发明公开了一种基于改进型Butterfly细分的网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法，包括环形刀具曲面建模、三角网格自由曲面建模，并结合环形刀的几何特征对刀触点（CC点）的刀具曲面及工件曲面进行几何分析，根据切削刀具干涉原理计算刀具的最小前倾角以获得切削路径的最大宽度，并据此采用改进型Butterfly细分方法对进行三角网格曲面进行细分，使刀具轨迹的行距达到切削路径宽度要求。以曲面轮廓曲线为初始刀具轨迹，沿着三角网格边界进行螺旋型刀具轨迹刀触点（CC点）的逐行规划，最终根据环形刀几何模型求解刀心（CL点）位置。本发明应用于高速加工中可提升形成刀具轨迹的连续性、降低刀具负载波动，在保证切削质量的前提下，提升切削稳定性，延长刀具寿命。CN105739432ACN105739432A权利要求书1/3页1.一种基于改进型Butterfly细分的网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建三角网格自由曲面的环形刀具切削模型，对环形刀具实际切削刃进行参数建模，并对三角网格自由曲面进行微分几何分析，建立三角网格曲面的曲率特征模型；2)以三角网格曲面环形刀具切削模型为基础，对切触点CC点处的几何特征进行分析，并求解环形刀具在三角网格自由曲面上的切削路径宽度；3)以三角网格曲面为基础构建局部递归分割曲面，对三角面片序列中的元素进行切削路径宽度检查，若三角面片不符合切削路径宽度检查准则，则采用改进型Butterfly细分方法对三角面片进行细分后对细分生成的三角面片再次进行切削路径宽度检查，直至每个三角面片符合切削路径宽度检查准则；4)构建刀具轨迹规划所需的数据结构模型，主要包括对基准点、基准列的定义和顶点数据结构的定义；5)遍历三角网格曲面上的三角面片并进行包容性判定，确定曲面模型的边界；6)以模型边界为初始刀具轨迹，向内偏置形成螺旋型刀具轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中的构建三角网格自由曲面的环形刀具切削模型的方法如下：对环形刀具曲面进行建模：环形刀曲面与工件表面切于C点，并具有共同的切平面，在切触点C处建立局部坐标系CXCYCZC，以环形刀底面圆心O为的原点，以环形刀刀轴为Zt轴，构建刀具坐标系OXtYtZt；对环形刀具上的特征曲线进行参数建模：以环形刀具实际切削刃的密切圆作为环形刀具切削刃曲线在切触点的近似曲线，并在刀具坐标系OXtYtZt中对实际切削刃特征曲线构建参数方程其中r为环形刀圆角半径，R为环形刀圆心环半径，φ为构建环形刀特征曲线参数方程的旋转角，β为环形刀前倾角；将特征曲线向垂直于进给方向的平面投影，可得环形刀具在切触点的有效切削半径对三角网格自由曲面进行建模：将三角网格自由曲面上的所有顶点编号并构建顶点序列{V1,V1,...VN}，以顶点序列为基础构建三角面片边界二元组Eij＝{Vi,Vj}，并以边界序列中的元素构建面片三元组Fijk＝{Eij,Ejk,Eik}，作为刀具轨迹生成过程中工件表面切削精度标记体；2CN105739432A权利要求书2/3页对三角网格曲面顶点的法向以其1-ring邻域内的三角面片面积加权求均值其中，|Fk|为包含顶点Vi的三角面片面积，为包含顶点Vi的三角面片单位法向量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中的求解环形刀具在三角网格自由曲面上的切削路径宽度求解方法如下：求解各顶点沿1‐ring邻域内各面片边界方向的曲率，则则顶点Vi处沿ViVj方向的曲率为顶点Vi处的平均曲率为其中，αijβij为三角面片边界ViVj所属临接三角形中ViVj所对的角，Amixed为包含顶点Vi的三元组对应三角形的混合域面积总和；则刀具沿着ViVj方向进行切削路径宽度为4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的以三角网格曲面为基础构建局部递归分割曲面方法如下：确立三角面片的切削宽度检查准则：在Fijk中，若((|ViVj|≥2dik)||(|ViVj|≥2djk))＝1，则在切削过程中会产生残余材料孤岛，则调用细分方法对三角面片曲面进行细分，避免残余材料孤岛的产生，直至所有三角面