[发明专利]基于压缩体素模型的锥形刀空间扫描体构造方法

摘要

本发明提出了一种基于压缩体素模型的锥形刀空间扫描体构造方法，应用于五坐标数控加工仿真和虚拟制造领域。包括以下步骤：首先提出了锥形刀空间扫描体数学表达式，构造出锥形刀空间扫描体的表面模型，并离散为压缩体素模型，利用该模型可对数控加工仿真工件进行“加工”更新。和体素模型方法相比，其数据存贮量较小，将三维布尔运算转化为三个方向的一维布尔运算，简化了数控加工仿真过程；和Dexel方法相比，该方法可满足对复杂零件的五坐标数控加工仿真要求；采用该方法进行五坐标数控加工仿真，仿真结果三维信息完备，NC编程人员可以从任意方向观察、验证仿真结果。

主权项

1、一种基于压缩体素模型的锥形刀空间扫描体构造方法，包括下述步骤：(1)输入五坐标NC加工轨迹和锥形刀几何尺寸，确定相应球体和圆锥体尺寸，同时确定数控加工仿真工件模型尺寸，建立基于压缩体素模型的数控加工仿真工件模型；(2)构造第k个刀位点和第k+1个刀位点处的锥形刀压缩体素模型；(3)根据以下公式计算圆锥体表面在第k和k+1刀位点之间的临界曲线：$\theta ={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{(D-F)(E-L)}{F^2-\mathrm{DF}-E^2+\mathrm{EL}}\right)$ 式中：$D=(-{\stackrel{·}{b}}_{\left(u\right)}{b^2}_{\left(u\right)}\left|\stackrel{·}{\overrightarrow{B}}\right|-b_{\left(u\right)}\left|\overrightarrow{A}\right|\stackrel{·}{\overrightarrow{R}}{\overrightarrow{e}}_2-b_{\left(u\right)}u{\left|A\right|}^2\left|\stackrel{·}{\overrightarrow{B}}\right|)$ $E=-b_{\left(u\right)}\left|\overrightarrow{A}\right|\stackrel{·}{\overrightarrow{R}}·{\overrightarrow{e}}_3$ $F={\stackrel{·}{b}}_{\left(u\right)}{b}_{\left(u\right)}\stackrel{·}{\overrightarrow{R}}·{\overrightarrow{e}}_1$ $L=$$\sqrt{E^2+D^2-F^2}$ $b_{\left(u\right)}=a+u\left|\overrightarrow{A}\right|\mathrm{tg\phi }$ θ是u(0≤u≤1)的一个连续函数，在0≤θ≤2π范围内圆锥体表面上可以得到两组扫描体临界曲线；再计算运动球体表面在第k和k+1刀位点之间的临界曲线；(4)分别构造球体和圆锥体在第k和k+1刀位点之间的扫描体表面模型；(5)利用Ray Casting方法分别将球体和圆锥体空间扫描体表面模型进行离散，将其分别转化为压缩体素模型；(6)将第k个刀位点和第k+1个刀位点处的锥形刀压缩体素模型和第k和k+1刀位点之间的球体、圆锥体扫描体压缩体素模型进行简化布尔加操作，得到锥形刀在第k和k+1刀位点之间的空间扫描体压缩体素模型；(7)在数控加工仿真工件压缩体素模型和锥形刀扫描体压缩体素模型之间进行布尔减运算，进行NC数控加工仿真。