[发明专利]一种基于CAD建模的模具切削加工轨迹计算方法

权利要求书

1.一种基于CAD建模的模具切削加工轨迹计算方法，包括待加工工件吸盘、垂直于工件吸盘的圆锯片；圆锯片垂直切入工件吸盘上的待加工件，在待加工工件上开槽；其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)校准切削系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致，包括如下步骤：

1.1设定工件吸盘的中心点为加工坐标原点(0,0,0)，工件吸盘所在面为加工XY平面，垂直于XY平面即圆锯片所在平面为加工Z轴；

1.2在吸盘上设置有L型定位支架，待加工工件由吸盘吸住、通过L型定位支架限位；其中L型定位支架两垂直边分别与X轴、Y轴方向平行，平行于Y轴的边与吸盘中心点的有向距离为W_L，简称该边为竖边，平行于X轴的边与吸盘中心点的有向距离为H_L，简称该边为横边；

1.3将相应的待加工工件的CAD设计模型导入切削加工系统中，在加工系统的坐标系中绘制平行于XY平面的L型参考线，其两边距离坐标原点距离分别为W_L和H_L；

1.4计算导入模型的凸包，记为多边形P＝p₀p₁…p_n，其中p_i，i＝0，…，n，且在XY平面内，点p_i，i＝0，…，n为逆时针方向的；

1.5用户通过系统交互指定凸包的一条边与L支架的竖边校准，具体步骤如下：

a)计算导入的待加工工件的CAD设计模型的修正角度：假定用户指定的边为p_ip_i+1，该边与X轴正向所成角度为α，那么修正角度θ为

b)对于模型中的任一点p＝(x，y，z)，经过修正后的点为p′＝(x′，y′，z′)，满足

c)凸包经过变换后为P′＝p′₀p′₁…p′_n，记Δx＝w_L-x′_i，令

d)将系统中的模型在XY平面内进行平移，即对于任一点p＝(x，y，z)，其偏移后的坐标为p″＝(x+W_L，y+H_L，z)；

(2)通过计算待加工工件的CAD设计模型中的目标曲线上各点在实体模具加工坐标系内是否共线，来判定目标曲线是否可以在实体模具上进行准确加工；

首先，将目标曲线的首末端点坐标记为(x₀，y₀，z₀)，(x₁，y₁，z₁)；曲线上任一采样点记为(x，y，z)；

则若s>lε，则可以判定该曲线为边界曲线；

则若s≤lε，则可以判定该曲线上的所有点共线；

其中s＝|(x-x₀)*(y₁-y)-(x₁-x₀)*(y₁-y₀)|，∈为给定的误差10^-4；

(3)刀具轨迹的确定：

3.1由于刀具中心点的轨迹曲线为目标曲线的等距曲线，

则刀具中心的轨迹曲线P₀(t)是刀具半径和目标曲线之间的函数关系：

P_o(t)＝P(t)+δn(t)*r

其中，P(t)＝(x(t)，y(t)，z(t))为目标曲线的参数形式，参数t∈[0，1]；r为刀具半径；目标曲线的单位法向量(沿Y轴切割机型)或(沿X轴切割机型)；

3.2如果各切削点为离散点，对于折线段或者离散化后的圆弧、样条曲线，曲线均表示为折线段，因此单位法向的计算也是离散的，则通过以下方式确定刀具轨迹：

假设折线段上有m+1个点p_i＝(x_i，y_i，z_i)，i＝0，...，m，记p_-1＝p₀，p_m+1＝p_m。

对于点p_i处的法向量n_i，首先计算(沿Y轴切割机型)或(沿X轴切割机型)，

于是有其中||·||为向量的模运算；

(4)由于刀片与实体模具边缘相切，且刀片与目标曲线的延长线相切，通过向量计算得到刀片切削的起始位置——即刀片中心的起始位置；

记p₀为入切点，r为刀片的半径，t₀＝(t_x，t_y，t_z)为p₀处的单位切向量分量，其中单位切向量指向实体模具外部，对于折线段有t₀·(p₁-p₀)＜0。设实体模具厚度为h，当入刀时，刀具与模具不发生直接碰撞的情况下，假定刀片中心位置为q_c，令向量q_c-p₀与向量(0,0,1)所成角度为β，则有若sinβ＜∈(设∈＝10^-4)，则记R＝∞；若sinβ＜∈(大于号)，则记进一步令H＝Rcosβ；

若模型厚度h≥H，则刀具中心点位置为：

若模型厚度h＜H，则再令l＝h cos2β，有

2.根据权利要求1所述的基于CAD建模的模具切削加工轨迹计算方法，其特征在于：步骤1.3中的待加工工件的CAD设计模型为采用三维CAD软件制得的模型。