自由曲面加工理论与应用(第04讲--多轴加工刀具路径生成算法)

HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOG

SCHOOL OF MECHANICAL SCIENCE& ENGINEERING

自由曲面加工理论与应用第04讲--刀具路径生成算法

11 June 2012

讲授内容 粗加工刀具路径生成算法 精加工刀具路径生成算法 补加工刀具路径生成算法 五轴加工刀具路径生成算法 基于点云数据的刀具路径生成算法 刀具轨迹后置处理技术 自由曲面加工刀具轨迹生成实例

粗加工刀具路径生成算法 粗加工：从毛坯上快速切除多余的材料，当毛坯与零件形状存在较大的差别时，粗加工时间一般要占加工时间的50%~70%。 粗加工路径算法：等距切削

等距切削 分层切削分层切削截面线法插铣加工

单元切削 截面线法 插铣加工单元切削(Octree)

粗加工刀具路径生成算法 粗加工算法中要解决的主要问题 切削区域边界提取 边界偏置形成刀具路径(针对环切而言)

粗加工算法中的毛坯 毛坯在粗加工算法中的作用是什么？

粗加工走刀方式 行切 环切

粗加工刀具路径生成算法 分层粗加工(等高粗加工) 适用的加工对象型腔(直壁平底，封闭)型芯型腔(自由曲面)

型腔(直壁平底，开放)

型芯

型腔(自由曲面)

粗加工刀具路径生成算法 构型空间(Configration Space,C-space) 将物体中心放在障碍物的边缘，通过Minkowski sum后，物体可作为点来处理。

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 算法1:G-buffer算法 G-buffer模型：被加工零件的Configration Space模型，也是CL surface 构造方法：刀具遍历曲面、反转刀具球头刀

环形刀工件

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 G-buffer模型的构造 在工件上方构造一网格平面，网格交点为点集{Pij} 将刀具放在网格平面中的网格点P(i, j)上 刀具向下移动(投影)直到触碰到工件停止，记录该网格点 P(i, j)对应的Z坐标值Zij 重复上述步骤，直到得到所有网格点的Z坐标值 所有网格点的Z值构成了工件的G-buffer模型Y X俯视图网格平面

刀具运动 Z X正视图

工件

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 G-buffer模型与Z-buffer模型的区别

G-buffer

Z-buffer

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 切削区域边界 用等高面Zc与G-buffer求交 Zij< Zc,记录该网格点P(i, j) Zij> Zc,不记录该网格点P(i, j) 这些被记录的网格点集合{Pij}构成切削区域无干涉边界点工件切削层

切削区域边界追踪 利用图像处理中轮廓算法，顺序连接位于切削区域边界上的网格点

边界

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 切削区域判定 边界描述树：用来保存切削

区域的边界，并识别切削区域边界拓扑结构的一种树状结构，边界之间的包容关系决定了边界在边界描述树中的位置。0切削区域2切削区域3

1 1 4 3切削区域2切削区域3

0

切削区域1

3

7

切削区域6

8切削区域5

2 5切削区域4

4 7 8切削区域6

6 9

9 6

2切削区域4

切削区域5

切削区域1

5物体

切削层上的边界

边界描述树

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 刀具路径生成—环切法 环切加工刀具路径生成：利用等距线计算方法，对每个切削区域的边界按走刀步距的数值计算等距线，不断循环偏置，从而产生环切加工刀具轨迹 等距线计算：直接偏置法和Voronoi方法

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 刀具路径生成—行切法 行切加工刀具路径生成：从刀具路径角度方向，用一组平行于刀具路径角度的平行线分别与切削区域边界求交，得到交点，生成各切削行的刀具轨迹线段； 刀具轨迹线段的有序串联

粗加工刀具路径生成算法_G-buffer方法 讨论：垂直壁区域的处理

切削层

工件

粗加工刀具路径生成算法_Z-map方法 算法2:Z-map算法 Z-map模型：被加工零件的近似模型，利用网格点逼近被加工曲面 构造方法：线面求交

Z X网格平面

工件

工件

粗加工刀具路径生成算法_Z-map方法 Z-map模型的构造 在二维平面上规划网格集合{Pij} 过网格点P(i,j)的竖直线与曲面S求交，确定了网格点的Z坐标值 Zij,将该值保存在一个二维数组中 重复上述步骤，直到得到所有网格点的Z坐标值 所有网格点的Z值构成了工件的 Z-map模型