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

1、數(shù)控技術(shù)作為制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為衡量國家工業(yè)技術(shù)水平的重要標志。數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，不但在CAD/CAM系統(tǒng)中發(fā)揮著巨大作用，而且在實現(xiàn)加工自動化、提高加工精度和表面質(zhì)量、提高加工效率、縮短產(chǎn)品研制周期等方面也發(fā)揮著重要作用。
　　 為了提高復(fù)雜曲面的加工效率，對刀具軌跡規(guī)劃的相關(guān)理論及關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究。針對復(fù)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(shù)控加工原理和特點的基礎(chǔ)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(quán)值綜合函數(shù)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(zhì)量。將此算法應(yīng)用于帶有島嶼或凹槽的復(fù)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(zhì)量。通過軌跡規(guī)劃算法實現(xiàn)復(fù)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(zhì)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(chǎn)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(shù)的關(guān)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(wǎng)格，從而準確地完成曲面分割。基于圓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(shù)據(jù)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(fù)雜多面體模型的筆式加工，根據(jù)相鄰曲面片之間的夾角與殘留高度之前的關(guān)系，提出了一種利用曲面片法矢量之間的夾角關(guān)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