[发明专利]一种在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法

权利要求书

1.一种在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在路径规划阶段输入待加工零件的曲面、切削刀具参数以及相关加工工艺信息；

步骤2、在曲面上生成覆盖整张曲面的一系列刀具路径，其中每条刀具路径包含一组有序刀位点；同时保存每个刀位点所依赖的局部坐标系信息；以上述某条刀具路径为当前刀具路径，进行步骤3；

步骤3、将当前刀具路径中的每个刀位点中的刀轴矢量投影至一个二维的C空间，得到一系列二维方向点，依次连接这些方向点，得到一条方向曲线；所述C空间为和待加工零件的坐标系XY平面平行的一张虚拟平面，C空间原点O通过将所有三维刀轴矢量平移至同一起点获得；

步骤4、在C空间定义一锥度圆用于检测五轴奇异问题，如果方向曲线与锥度圆不相交，则判定在当前刀具路径上不存在五轴奇异问题，直接选择下一条刀具路径为当前刀具路径跳至步骤3继续检测；否则判定在当前刀具路径上存在奇异问题，并执行步骤5；

步骤5、如果在当前刀具路径上存在奇异问题，则在C空间内将相应的方向曲线平移一最短向量以避开锥度圆；对新得到的方向曲线，结合步骤2中保存的相应局部坐标系信息，反算得到一组新的刀位点，并用该组新的刀位点替换当前刀具路径上的原始刀位点，同时选择下一条刀具路径为当前刀具路径跳至步骤3继续检测；

步骤6、按上述步骤3至步骤5遍历处理步骤2中得到的每条刀具路径，最终输出覆盖整张曲面的无奇异刀具路径。

2.根据权利要求1所述的在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法，其特征在于，步骤2中，生成刀具路径的方法为等参数法、等平面法或者等残高法。

3.根据权利要求2所述的在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法，其特征在于，所述的生成刀具路径的方法为：首先在加工零件的曲面上取n₀条等参数曲线作为刀具路径，使得每两条相邻的刀具路径之间的最大残高误差小于输入的残高误差容许值；然后针对每条刀具路径，在刀具路径上生成并保存一系列有序刀位点，使得每两个相邻刀位点间的弓高误差小于输入的弓高误差容许值，其中n₀为大于零的自然数。

4.根据权利要求1所述的在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法，其特征在于，步骤2中，某一刀位点所依赖的局部坐标系以其对应的刀触点为原点、曲面在该刀触点的法线方向n为Z轴方向、刀具路径在该刀触点的切线方向f为X轴方向建立，局部坐标系的Y轴方向b由右手法则确定，上述n、f、b均为单位向量；在该局部坐标系内，刀位点的刀轴矢量T和刀具中心点M可按下列刀位方程分别计算获得：

T=ncosβ+(fcosθ+bsinθ)sinβ

M=C+n·(R₂+R₁/sinβ)-T·R₁/tanβ

其中β为刀轴相对于Z轴倾斜的倾角，θ为刀轴绕Z轴转动的转角。

5.根据权利要求4所述的在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法，其特征在于，步骤3中，将三维刀轴矢量投影至二维的C空间的具体方法如下：令刀轴矢量T为工件坐标系下任意一三维刀轴单位向量，记其坐标为(T_x,T_y,T_z)，将刀轴矢量T变换为C空间上一二维方向点的操作方法是：

（1）如果T_z≠0，则对向量(T_x,T_y,T_z)中每个坐标乘以1/T_z，得到中间向量Tm=(T_x/T_z,T_y/T_z,1)，将中间向量T_m变换为C空间上的二维方向点P，P坐标为(T_x/T_z,T_y/T_z)；

（2）如果T_z=0，则认为刀轴矢量T在C空间对应的方向点P在距离C空间原点的无穷远处。

6.根据权利要求1所述的在路径规划阶段消除五轴奇异问题的方法，其特征在于，步骤4中，所述的锥度圆圆心位于C空间原点，半径R=tanα，其中α为锥度角，α∈(0,90°]。