[发明专利]一种自由曲面弧长参数曲线加工轨迹生成方法

说明书

本发明涉及一种自由曲面弧长参数曲线加工轨迹生成方法。具体包括三大步骤：光滑连续特征曲面加工轨迹提取、给定精度参数曲线加工轨迹生成与加工轨迹弧长参数化；步骤(1)由计算机辅助制造软件(CAM)生成的加工轨迹，根据弦长特征进行分类，并提取出具有光滑连续特征的离散自由曲面加工轨迹；步骤(2)对步骤(1)提取得到的离散自由曲面加工轨迹在给定精度下进行拟合，得到满足几何表征精度要求的参数曲线加工轨迹；步骤(3)采用不断迭代弧长重参数化的方法对步骤(2)得到的参数曲线进行弧长重参数化，最终得到弧长参数曲线自由曲面加工轨迹。该方法降低了自由曲面加工中实时插补与速度规划的难度，提高了加工过程的光顺性与加工精度。

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种自由曲面弧长参数轨迹生成方法。

背景技术

传统的自由曲面加工主要采用由计算机辅助制造软件(CAM)生成的大量离散小线段型轨迹，然后通过在线光顺与速度规划来实现。但是随着航空航天、汽车和船舶等领域的发展，对自由曲面零件如叶片、模具等的加工要求越来越高。但是由于在线实时计算量的严格控制使得传统的自由曲面加工方式不能实现很好的高速高精自由曲面加工，很难保证加工曲面的轮廓精度与表面质量，且加工效率较低。因此在自由曲面加工中，以高阶连续的参数曲线作为加工轨迹的自由曲面加工方法得到广泛的关注。但是采用参数曲线加工轨迹的自由曲面加工方法在生产实践中难以推广应用。主要的原因为：(1)由于曲线参数与曲线弧长一般不具有显函数关系，限制了采用参数曲线加工的速度规划与实时插补过程；(2)由于刀具轨迹规划的复杂性，很难由计算机辅助制造软件(CAM)直接生成参数曲线自由曲面加工轨迹。

已有公开技术解决自由曲面数控加工中遇到的问题，针对直接应用离散型小线段型自由曲面加工轨迹，文献(H.Zhao,L.M.Zhu,H.Ding,A real-time look-aheadinterpolation methodology with curvature-continuous B-spline transitionscheme for CNC machining of short line segments,International Journal ofMachine Tools and Manufacture 65(2013)88-98.)提出了在线光顺与速度规划方法。由于实时计算能力的限制，在线光顺与速度规划方法与采用参数曲线的自由曲面加工相比存在原理上劣势。为了解决采用参数曲线加工自由曲面面临的曲线参数与曲线弧长一般不具有显函数关系的问题。文献(Chen Z C,Khan M A.A new approach to generating arclength parameterized NURBS tool paths for efficient three-axis machining ofsmooth,accurate sculptured surfaces[J].International Journal of AdvancedManufacturing Technology,2014,70(5-8):1355-1368.)介绍了一种三轴弧长参数非均匀有理B样条(NURBS)加工轨迹生成方法，方便了在线实时插补与速度规划过程，但是该方法直接由曲面生成弧长参数化非均匀有理B样条(NURBS)加工轨迹，其算法复杂，计算时间较长。由于刀具轨迹规划的复杂性，自由曲面零件的加工轨迹一般为计算机辅助制造软件(CAM)生成的大量离散小线段。而在计算机辅助制造软件(CAM)生成的离散轨迹中，提取出具有光滑连续特征的曲面精加工阶段轨迹，然后转换成参数曲线引起了广大学者的关注。文献(Lin K Y,Ueng W D,Lai J Y.CNC codes conversion from linear and circularpaths to NURBS curves[J].International Journal of Advanced ManufacturingTechnology,2008,39(7-8):760-773.)研究了由小线段与圆弧构成的数控机床(CNC)加工轨迹转化成非均匀有理B样条(NURBS)的方法，但是由于非均匀有理B样条(NURBS)插补与速度规划的复杂性，生成的非均匀有理B样条(NURBS)曲线依然较难应用于生产实践。