點云模型的數(shù)控加工刀軌生成關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、逆向工程中,對點云模型生成數(shù)控加工刀軌,通常要先構(gòu)造曲面或者網(wǎng)格模型,再對曲面或網(wǎng)格生成加工刀軌。但構(gòu)造曲面或網(wǎng)格模型是一個復雜、費時的過程,直接對點云生成數(shù)控加工刀軌,可以省去重構(gòu)的過程,大幅縮短數(shù)控加工刀軌的計算時間,因此該方法已經(jīng)成為國際上的研究熱點之一。
　　論文回顧了國內(nèi)外點云刀軌生成技術(shù)的研究成果,并對點云模型直接生成加工刀軌的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究,提出了點云模型的層切法粗加工刀軌生成算法、等殘留高度法精加工刀軌生成

2、算法、截面線等誤差法精加工刀軌生成算法和點云模型局部修改后的刀軌重新生成算法。論文的主要研究成果與創(chuàng)新點概括如下:
　　提出了一種點云模型的層切法粗加工刀軌生成算法。算法采用分層切削法規(guī)劃刀軌,為了高效地求出點云刀位面,將點云劃分到立方體柵格中,利用反置刀具法計算出由柵格組成的刀位面,以此規(guī)劃平底銑刀在切削層上的等間距行切刀軌。給出了一種根據(jù)刀軌之間的投影和距離連接刀軌的方法,該方法無需獲取加工區(qū)域邊界和刀軌之間關(guān)系,只需計算刀軌

3、端點切削區(qū)域是否相連,在相連處直接連接刀軌端點,形成連續(xù)的刀軌,使平底銑刀在抬刀前走過所有可走的刀軌。為了減少平底銑刀切削后的臺階狀余料,規(guī)劃了球頭刀行切刀軌并給出了刀軌優(yōu)化的方法。
　　提出了一種點云模型的等殘留高度法精加工刀軌生成算法。算法對球頭刀生成三坐標加工刀軌,首先對當前行的刀位點建立局部坐標系,計算刀具投影范圍內(nèi)的點云與刀位點切矢平面的交點點集,以點集中每個點為圓心、殘留高度值為半徑創(chuàng)建圓,等價地表示殘留高度面,與切矢

4、平面上的刀具圓求交,具有坐標極值的交點即為要求的殘留高度點;再對殘留高度點建立局部坐標系,計算出位于殘留高度點的刀具圓上無干涉的刀位點,即相鄰行刀位點。依此類推,連接刀位點形成刀軌。該算法不需要將點云轉(zhuǎn)化為曲面,也不需要計算點云的等距面,解決了一直以來因離散點云難以生成等距面而無法對其直接生成等殘留高度刀軌的問題。
　　提出了一種點云模型的截面線等誤差法精加工刀軌生成算法。算法對截面線法獲得的刀具路徑上密集的刀位點逐點建立以弓高誤

5、差為半徑的圓,以首個刀位點作為首個等誤差刀位點,計算到后續(xù)刀位點弓高誤差圓切線之間區(qū)域的交集,直至交集為空,獲取最小非空交集區(qū)域,在此交集區(qū)域內(nèi)規(guī)劃的刀軌與遍歷過的刀位點弓高誤差圓相交或相切,滿足了誤差要求。以此區(qū)域邊界與遍歷過的刀位點連成的折線求交,距離該等誤差刀位點最遠的交點即為下一個等誤差刀位點。依此類推,可求出所有等誤差刀位點。算法解決了現(xiàn)有算法無法對刀位點點集計算等誤差刀位點的問題。為了提高刀軌光順性,給出了圓弧插值算法,可對

6、等誤差刀位點生成了G1連續(xù)的圓弧刀軌。
　　提出了一種點云模型局部修改后的刀軌重新生成算法。算法將點云劃分到立方體柵格中,對比修改前后的點云,運用柵格表示修改區(qū)域,只識別出修改區(qū)域內(nèi)外受修改影響的刀軌并重新生成,繼續(xù)沿用未修改區(qū)域的刀軌,從而最大限度地重用已有成熟刀軌。算法先識別出受修改影響的粗加工刀軌,運用提出的粗加工刀軌生成算法重新計算,再識別出精加工刀軌,逐行重新計算刀位點的坐標,通過新增刀位點使其滿足步長方向上的誤差,然后