基于分形中Hilbert曲線的復雜曲面加工刀具軌跡規(guī)劃算法研究.pdf

1、數控技術作為制造業(yè)的基礎技術和關鍵技術，已經成為衡量國家工業(yè)技術水平的重要標志。數控編程技術是數控加工技術的關鍵技術之一，不但在CAD/CAM系統(tǒng)中發(fā)揮著巨大作用，而且在實現加工自動化、提高加工精度和表面質量、提高加工效率、縮短產品研制周期等方面也發(fā)揮著重要作用。
　　 為了提高復雜曲面的加工效率，對刀具軌跡規(guī)劃的相關理論及關鍵技術進行了系統(tǒng)的研究。針對復雜曲面提出了分階段加工的方法：第一階段使用半徑較大的刀具進行高效加工，跳過

2、加工過程中的局部干涉區(qū)域；第二階段利用小半徑刀具進行筆式精加工。
　　 第一階段：在分析五軸數控加工原理和特點的基礎上，提出了一種基于分形理論中二維Hilbert曲線的軌跡生成算法，能生成權值綜合函數值小且連續(xù)的刀具軌跡，避免了加工過程的多次抬刀，提高了表面質量。將此算法應用于帶有島嶼或凹槽的復雜曲面加工中，能生成連續(xù)的刀具軌跡且避免了島嶼或凹槽位置處的抬刀，提高了整體加工效率和表面質量。通過軌跡規(guī)劃算法實現復雜曲面的分區(qū)域加工

3、，對不同區(qū)域采用不同的走刀方式，最終生成加工質量相對較高的刀具軌跡。
　　 第二階段：對于精加工過程中由于選擇的刀具半徑過大所產生的弓高誤差偏大的加工區(qū)域，通過筆式加工的方法進行補充加工。筆式加工技術的關鍵是筆式加工區(qū)域的確定和筆式加工軌跡的生成。本文對此進行了系統(tǒng)深入的研究，主要成果有：
　　 針對自由曲面的筆式加工，提出了一種基于圓弧逼近的曲面曲率半徑計算算法，能快速地找到第一階段中的局部干涉位置。首先利用改進的四叉

4、樹算法對自由曲面進行分割逼近生成面片網格，從而準確地完成曲面分割?；趫A弧逼曲面的曲率半徑計算方法能夠快速檢測出發(fā)生曲面局部干涉的大體位置，再使用二叉樹法精確搜索筆式加工區(qū)域邊界點，最終求出筆式加工區(qū)域。整個搜索過程避免了大量的微分計算，提高了搜索效率。由于筆式刀位軌跡為一系列離散數據點的插值曲線，缺乏光順性，提出了一種三次B樣條曲線逼近筆式加工軌跡的優(yōu)化算法。在滿足逼近精度的條件下，提高了筆式加工軌跡的光順性，減少了筆式加工軌跡的NC

5、代碼量。
　　 針對復雜多面體模型的筆式加工，根據相鄰曲面片之間的夾角與殘留高度之前的關系，提出了一種利用曲面片法矢量之間的夾角關系來判斷曲面局部干涉的方法。該方法通過刀具與加工面接觸的有效長度逆推求取筆式加工區(qū)域，能夠快速簡潔地確定出多面體模型的筆式加工區(qū)域范圍。通過偏置法生成刀具加工軌跡，然后運用改進的遺傳算法對生成的軌跡進行優(yōu)化排序，最終生成輔助軌跡長度短的刀具軌跡。
　　 針對刀具軌跡的干涉處理做了系統(tǒng)的研究，將