面向三角網(wǎng)格曲面的雙向插值數(shù)控代碼生成方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及面向三角網(wǎng)格曲面的雙向插值數(shù)控代碼生成方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，曲面的三角網(wǎng)格模型表達(dá)已非常普遍，并被廣泛應(yīng)用于快速成型制造中。其中，CL路徑法是目前常用的三角網(wǎng)格模型刀具軌跡生成方法之一。該方法適用于數(shù)控機(jī)床中的球頭刀具的加工，其主要操作是通過構(gòu)造加工曲面的等距偏置面，再用截平面求取偏置面的刀位點(diǎn)，并插值生成刀位軌跡，用于數(shù)控機(jī)床的數(shù)控加工。
[0003]但當(dāng)前的CL路徑法僅對(duì)截取的刀位點(diǎn)沿截平面平行方向進(jìn)行樣條曲線的擬合插值，使生成的刀位軌跡加工的曲面工件可沿截平面平行方向光滑連續(xù)，但當(dāng)前的CL路徑法的刀位點(diǎn)都是直接取在偏置三角網(wǎng)格模型的邊上，存在著逼近誤差，并且在垂直于截平面方向上刀位軌跡并無任何處理，即CL路徑法缺少沿垂直于截平面方向的光滑處理，因此在該方向上刀位軌跡為折線連接形式，經(jīng)生成的刀位軌跡加工得到的曲面工件表面會(huì)有尖邊，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的加工精度低、加工效率低和加工質(zhì)量問題等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出使加工的曲面工件表面光滑連續(xù)的面向三角網(wǎng)格曲面的雙向插值數(shù)控代碼生成方法。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種雙向插值法加工曲面工件的數(shù)控機(jī)床。
[0006]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]面向三角網(wǎng)格曲面的雙向插值數(shù)控代碼生成方法，用于數(shù)控機(jī)床，包括如下加工步驟:
[0008](I)于數(shù)控系統(tǒng)中構(gòu)建三角網(wǎng)格曲面的等距偏置面；
[0009 ] (2)截平面求取交點(diǎn)并沿截平面方向上樣條曲線插值；
[0010](3)垂直面求取交點(diǎn)并沿垂直面方向上樣條曲線插值；
[0011](4)生成并輸出所述球頭刀具的加工曲面工件的刀位軌跡；
[0012](5)將工件放入加工臺(tái)，通過夾具定位固定；
[0013](6)由刀庫出刀對(duì)刀，定位加工起點(diǎn)位置；
[0014](7)所述球頭刀具依步驟(4)獲得的刀位軌跡，于加工臺(tái)上進(jìn)行三角網(wǎng)格曲面工件的加工，獲得成品。
[0015]進(jìn)一步說明，所述截平面求取交點(diǎn)是以一系列截平面與所述等距偏置面相交，求取平面與面片棱邊的交點(diǎn)。
[0016]進(jìn)一步說明，所述垂直面求取交點(diǎn)是以一系列垂直于截平面的垂直面對(duì)所述截平面平行方向插值得到的樣條曲線進(jìn)行二次截面求取交點(diǎn)。
[0017]進(jìn)一步說明，所述生成的刀位軌跡通過NC代碼輸出，控制所述球頭刀具對(duì)所述三角網(wǎng)格曲面工件的加工。
[0018]一種雙向插值法加工曲面工件的數(shù)控機(jī)床，包括加工臺(tái)、球頭刀具和數(shù)控系統(tǒng)，所述數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置有控制所述球頭刀具刀位軌跡的雙向插值法子系統(tǒng)，所述球頭刀具由所述數(shù)控系統(tǒng)控制其對(duì)三角網(wǎng)格曲面工件加工；
[0019]所述雙向插值法子系統(tǒng)是通過CL路徑法構(gòu)建三角網(wǎng)格曲面的等距偏置面、截平面以及垂直于截平面的垂直面，并對(duì)截平面和垂直面截取的交點(diǎn)分別進(jìn)行沿截平面平行方向和截平面垂直方向的樣條曲線插值形成擬合曲線，生成刀位軌跡。
[0020]進(jìn)一步說明，所述雙向插值法子系統(tǒng)操作步驟如下:
[0021](I)偏置三角網(wǎng)格模型:構(gòu)建加工曲面的等距偏置面，刀位點(diǎn)位于所述等距偏置面上；
[0022](2)截平面求取交點(diǎn):以一系列截平面與所述等距偏置面相交，求取平面與面片棱邊的交點(diǎn)；
[0023](3)截平面方向上樣條曲線插值:對(duì)步驟(2)中求取的交點(diǎn)，沿截平面平行方向進(jìn)行二維的樣條曲線插值，獲得沿截平面方向的擬合曲線；
[0024](4)二次截面求取交點(diǎn):以一系列垂直于截平面的垂直面對(duì)所述截平面平行方向插值得到的樣條曲線進(jìn)行二次截面求取交點(diǎn)；
[0025](5)垂直面方向上樣條曲線插值:對(duì)二次截面求取的交點(diǎn)，沿截平面垂直方向進(jìn)行樣條曲線插值，生成擬合曲線，即新的刀位軌跡；
[0026](6)刀位路徑輸出:所述生成的刀位軌跡通過NC代碼輸出，用于所述數(shù)控機(jī)床對(duì)曲面工件的加工。
[0027]進(jìn)一步說明，所述等距偏置面的偏置距離為所述球頭刀具的半徑。
[0028]進(jìn)一步說明，所述垂直面通過牛頓逼近法或二分法對(duì)截平面方向上的樣條曲線的截取交點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)求解。
[0029]本發(fā)明的有益效果:通過所述雙向插值法子系統(tǒng)生成的刀位軌跡對(duì)所述曲面工件的加工能夠避免出現(xiàn)沿垂直于截平面方向的光滑問題，使所述曲面工件表面光滑連續(xù)，所述數(shù)控機(jī)床可有效完成所述球頭刀具的加工操作，加工方便、操作簡單，提高了曲面工件的加工質(zhì)量和加工精度。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種雙向插值法加工曲面工件的數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框架圖；
[0031 ]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CL路徑法的操作流程圖；
[0032]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙向插值法子系統(tǒng)的操作流程圖；
[0033]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的操作說明的示意圖
[0034]其中，垂直面B，沿截平面方向的擬合曲線bu，沿截平面垂直方向的擬合曲線tv。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0036]面向三角網(wǎng)格曲面的雙向插值數(shù)控代碼生成方法，用于數(shù)控機(jī)床，包括如下加工步驟:
[0037](I)于數(shù)控系統(tǒng)中構(gòu)建三角網(wǎng)格曲面的等距偏置面；
[0038](2)截平面求取交點(diǎn)并沿截平面方向上樣條曲線插值；
[0039](3)垂直面求取交點(diǎn)并沿垂直面方向上樣條曲線插值；
[0040](4)生成并輸出所述球頭刀具的加工曲面工件的刀位軌跡；
[0041](5)將工件放入加工臺(tái)，通過夾具定位固定；
[0042](6)由刀庫出刀對(duì)刀，定位加工起點(diǎn)位置；
[0043](7)所述球頭刀具依步驟(4)獲得的刀位軌跡，于加工臺(tái)上進(jìn)行三角網(wǎng)格曲面工件的加工，獲得成品。
[0044]將雙向插值法運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床中，使所述曲面工件表面光滑連續(xù)，使所述數(shù)控機(jī)床有效控制所述球頭刀具對(duì)所述曲面工件的加工，通過所述雙向插值法生成的刀位軌跡對(duì)所述曲面工件的加工能夠避免出現(xiàn)沿垂直于截平面方向的光滑問題，使所述曲面工件的加工更加簡便，操作簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，并且提高了對(duì)曲面工件的加工效率和加工精度。
[0045]進(jìn)一步說明，所述截平面求取交點(diǎn)是以一系列截平面與所述等距偏置面相交，求取平面與面片棱邊的交點(diǎn)。
[0046]利用一系列截平面與所述等距偏置面相交來求取平面與面片棱邊的交點(diǎn)，有效準(zhǔn)確，提高求取所述球頭刀具的所述刀位軌跡的精度。
[0047]進(jìn)一步說明，所述垂直面求取交點(diǎn)是以一系列垂直于截平面的垂直面對(duì)所述截平面平行方向插值得到的樣條曲線進(jìn)行二次截面求取交點(diǎn)。
[0048]通過一系列垂直于截平面的垂直面對(duì)所述截平面平行方向插值得到的樣條曲線，進(jìn)行二次截面求取交點(diǎn)，準(zhǔn)確高效，在最終生成有效的刀位軌跡，可有效避免出現(xiàn)沿垂直于截平面方向的光滑問題，提高所述球頭刀具的加工質(zhì)量和加工精度。
[0049]進(jìn)一步說明，所述生成的刀位軌跡通過NC代碼輸出，控制所述球頭刀具對(duì)所述三角網(wǎng)格曲面工件的加工。
[0050]將所生成的刀位軌跡通過NC代碼輸出，從而有效控制所述球頭刀具對(duì)所述曲面工件的加工，提高了所述數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和智能化，操作簡便，降低加工難度。
[0051 ] 一種雙向插值法加工曲面工件的數(shù)控機(jī)床，如圖1所示，包括加工臺(tái)、球頭刀具和數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置有控制所述球頭刀具刀位軌跡的雙向插值法子系統(tǒng)，所述球頭刀具由所述數(shù)控系統(tǒng)控制其對(duì)三角網(wǎng)格曲面工件的加工；
[0052]所述雙向插值法子系統(tǒng)是通過CL路徑法構(gòu)建三角網(wǎng)格曲面的等距偏置面、截平面以及垂直于截平面的垂直面，并對(duì)截平面和垂直面截取的交點(diǎn)