[发明专利]一种复杂曲面零件高效加工方法

摘要

本发明一种复杂曲面零件高效加工方法属于精密高效智能化数控加工技术领域，涉及一种用于提高复杂曲面零件加工效率的直线与样条曲线混合插补数控加工刀轨生成方法。该方法首先对刀位点序列在拐角较大位置处进行分割，并对刀位数据进行精炼；对各段精炼后刀位点序列拟合最小二乘样条曲线；最后，判断精炼前刀位点到拟合曲线的距离是否满足拟合精度条件，若满足，输出曲线插补加工刀轨，若不满足，增加控制点个数和曲线阶次，重新拟合，若仍不满足，输出直线插补加工刀轨，实现直线与曲线混合插补加工刀轨的生成。采用本方法生成的刀轨进行数控加工可以有效降低加工时间，提高复杂曲面零件加工效率。

主权项

一种复杂曲面零件高效加工方法，该方法对刀位点数据进行分割与精简的预处理，并在每段刀位点序列上拟合B样条曲线；其特性在于，判断原始刀位点到拟合曲线的距离是否满足精度条件，若不满足，多次增加控制点个数或曲线阶次，重新进行曲线拟合，若仍不满足，输出直线插补加工刀轨，若满足，输出曲线插补加工刀轨；方法的具体步骤如下：第一步刀位点预处理为生成样条曲线插补数控加工刀轨，采用计算机辅助制造软件生成理想刀轨上的刀位点序列{Qr_i}，i＝1,…,n_q，n_q为刀位点总数；对该刀位点序列进行预处理，以实现更佳的曲线拟合效果；为避免几何急变位置处曲线拟合效果差的问题，首先对刀位点数据进行分割，给定刀位点分段拐角条件θ_q，从i＝2到i＝n_q‑1扫描刀位点序列{Qr_i}，计算向量Qr_i‑1Qr_i与向量Qr_iQr_i+1之间夹角θ的值：$\mathrm{\θ}=arccos\left(\frac{({\mathrm{Qr}}_i-{\mathrm{Qr}}_{i-1})\·({\mathrm{Qr}}_{i+1}-{\mathrm{Qr}}_i)}{\left|\right|{\mathrm{Qr}}_i-{\mathrm{Qr}}_{i-1}\left|\right|\·\left|\right|{\mathrm{Qr}}_{i+1}-{\mathrm{Qr}}_i\left|\right|}\right)---\left(1\right)$判断角度θ与θ_q的关系，若满足θ>θ_q，则将角度θ对应的点作为刀位数据分割点，实现刀位点序列的分割；设分割后刀位点序列段数为n_c，第i段序列中的刀位点数量为k_i，则分割后的第i段刀位点序列可表示为{Qc_i,j}，i＝1,…,n_c，j＝1,…,k_i；在曲线拟合过程中，给定刀位点精简距离判定条件e_q，从i＝1到i＝n_c，j＝2到j＝k_i‑1扫描第i段刀位点序列{Qc_i,j}，计算点Qc_i,j到其前后两点连线Qc_i,j‑1Qc_i,j+1的距离d:$d=\frac{({\mathrm{Qc}}_{i,j+1}-{\mathrm{Qc}}_{i,j-1})\×({\mathrm{Qc}}_{i,j+1}-{\mathrm{Qc}}_{i,j})\×({\mathrm{QC}}_{i,j+1}-{\mathrm{QC}}_{i,j-1})}{\left|\right|({\mathrm{Qc}}_{i,j+1}-{\mathrm{Qc}}_{i,j-1})\×({\mathrm{Qc}}_{i,j+1}-{\mathrm{Qc}}_{i,j})\×({\mathrm{QC}}_{i,j+1}-{\mathrm{QC}}_{i,j-1})\left|\right|}\·({\mathrm{Qc}}_{i,j+1}-{\mathrm{Qc}}_{i,j})---\left(2\right)$判断该距离d与e_q关系，若不满足d>e_q，则将Qc_i,j点剔除，重复上述过程，直到在所有保留的刀位点处都满足d>e_q，实现刀位点的精简，设精简后第i段刀位点序列中刀位点数量为t_i，则第i段精简后刀位点序列可表示为{Q_i,j}，i＝1,…,n_c，j＝1,…,t_i；第二步样条曲线拟合经过刀位点序列分割后，将每段精简后刀位点序列拟合成一条B样条曲线，给定曲线阶次初始值p_min和控制点个数初始值n_min，基于向心参数化方法求解每个刀位点对应的B样条曲线参数，对于第i段精简后刀位点序列{Q_i,j}来说，每点对应的曲线参数

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