[发明专利]五轴数控加工光滑无干涉刀具路径的规划方法

摘要

本发明涉及一种五轴数控加工光滑无干涉刀具路径的规划方法，同时对零件进行可制造性分析。首先建立刀具、工件和障碍物的几何模型，在离散参考方向的反方向上栅格化障碍物和刀位点处刀具回转圆柱面的圆盘，通过深度测试获得的可视性信息判断刀具在离散参考方向上的可达性，规划刀触点处的刀具可达方向锥，在可达方向锥中，根据方向连续性约束和加工环境约束计算可行方向锥并判断可制造性，如果可制造，则在可行方向锥中按照刀具路径中方向变化最小的原则规划光滑无干涉的刀具路径，输出刀具路径文件。本发明计算效率高、编程实现简单，适用于多边形网格、自由曲面等任意能够渲染的几何模型，可以同时考虑夹和刀杆的干涉避免。

主权项

1.一种五轴数控加工光滑无干涉刀具路径的规划方法，其特征在于包括如下步骤：1)将刀具的回转圆柱面作为刀具的几何模型，同时建立工件及障碍物的几何模型；所述障碍物包括工件的夹具以及在工件周围可能与刀具发生干涉的物体，所述几何模型是一种可以栅格化的几何表述形式；2)用截面法或等参数法计算出刀具和工件的接触点，得到刀触点序列，由刀触点序列、刀具形状来确定用来标识刀具位置的一组刀位点；3)将高斯球面均匀三角化，取三角网格的顶点来确定刀具轴线的离散参考方向；沿离散参考方向的反方向，栅格化障碍物模型并进行深度测试；将刀具的轴向指向离散参考方向，将刀具回转圆柱面在各个刀位点处的圆盘沿离散参考方向排序，依次栅格化刀具回转圆柱面的圆盘并进行深度测试；根据深度测试的结果判断刀具回转圆柱面圆盘的完全可视性，并据此确定每个刀触点处刀具在参考方向上的可达性；将各个刀触点处刀具可达的离散参考方向在高斯球面上组成的集合规划为刀具可达方向锥；4)在刀具可达方向锥中，根据方向连续性约束和加工环境约束计算刀具可行方向锥；所述加工环境约束包括机床决定的工作行程约束、奇异方向约束和加工工艺要求；所述方向连续性约束是选择的方向属于当前刀触点处刀具可达方向锥和相邻两个刀触点处刀具可达方向锥的交集；5)根据刀具可行方向锥判断工件可制造性，即用当前刀具沿刀触点序列加工工件的可行性，如果某个刀触点处的刀具可行方向锥为空，即为不可制造，则输出不可制造信息，如果所有刀触点处的刀具可行方向锥都非空，即为可制造，则在刀具可行方向锥中规划光滑的刀具方向，以沿刀触点序列刀具方向变化最小的原则用有向图最短路径算法优化刀触点处的刀具方向，输出刀具路径文件。