[发明专利]一种针对NURBS曲面五轴加工刀具路径快速干涉检测方法

说明书

本发明公开了一种针对NURBS曲面五轴加工刀具路径快速干涉检测方法，该方法进行了NURBS曲面的构建并基于等参数法建立了NURBS曲面五轴加工刀具运动轨迹，分析了NURBS曲面不同区域干涉检测的差异。针对所有刀触点，基于刀轴检测线划分点选取被加工曲面易干涉点进行了NURBS曲面五轴加工刀侧干涉的检测。针对NURBS曲面非凸曲面区域内刀触点，基于刀具底圆直径线划分点选取被加工曲面易干涉点进行了NURBS曲面五轴加工刀底干涉的判断。与传统方法相比，本发明所述方法简单、有效，对提高NURBS曲面五轴加工质量具有重要意义。

技术领域

本发明属于五轴数控加工领域，更具体地，涉及一种针对NURBS曲面五轴加工刀具路径快速干涉检测方法。

背景技术

大型螺旋桨，模具，航空发动机叶片等众多关键零部件包含复杂曲面，采用非均匀有理B样条曲面(NURBS)方法可以更好地进行复杂曲面的描述，并且其可以便捷的在各种软件之间进行交换。非均匀有理B样条曲面(NURBS)方法在曲面造型中拥有广泛的应用，它是初始图形交换规范IGES标准与工业产品数据交换STEP标准中制定的自由曲线曲面的唯一表示标准。五轴数控机床加工为包含复杂曲面的关键零部件加工的主要技术途径，相比于三轴机床，五轴机床增加两个旋转轴，增加了刀轴的灵活性，可以加工三轴机床难以加工的拥有复杂曲面的零部件，但与此同时增加了刀轴矢量的控制难度，在加工形状复杂且刀轴活动空间较小的零部件时，易引发刀具与工件的干涉，轻则破坏工件及刀具，重则导致机床受损。

国内外学者对于五轴数控加工干涉检测进行了较多的研究与探索，提出了多面体法、凸包法，矢量法等多种干涉检测方法，但是对于众多包含复杂曲面的关键零部件，采用上述方法进行干涉检测时，仍会出现干涉判断不够精确或是检测计算效率相对低下等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对NURBS曲面五轴加工刀具路径快速干涉检测方法，该方法可以有效的进行刀具与被加工工件之间的干涉检测，对提高NURBS曲面五轴加工质量具有重要意义。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种针对NURBS曲面五轴加工刀具路径快速干涉检测方法，包括以下步骤：

步骤一：进行NURBS曲面的构建与曲面几何参数分析。

步骤二：进行NURBS曲面凹凸曲面区域的划分及NURBS曲面五轴加工刀具运动轨迹的建立。

步骤三：进行全局坐标系、局部坐标系及刀具坐标系的构建。

步骤四：进行NURBS曲面五轴加工刀侧干涉的检测。

步骤五：进行NURBS曲面五轴加工刀底干涉的检测。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种针对NURBS曲面五轴加工刀具路径快速干涉检测方法，所述步骤一中进行NURBS曲面的构建：

在自由曲面加工编程过程中，通常采用NURBS曲面来进行表示，NURBS曲面公式如下：

其中，d_ij表示曲面的控制点，ω_ij表示曲面的权值，N_i,k(u)表示曲面k次样条基函数，N_j,l(v)表示曲面的l次样条基函数。

由曲面上的曲线、曲面的度量性质及曲面的曲率性质可求得曲面P(u，v)的第一、第二基本形式如下：

I＝Edu²+2Fdudv+Gdv²

Ⅱ＝Ldu²+2Mdudv+Ndv²

可求得曲面上任意一点P(u₀，v₀)的法矢量为: