CN105739433A - 基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法 - Google Patents

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杜宝瑞
初宏震
吴广东
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Abstract

本发明提供一种基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法，该方法在型腔边界基础上，先通过余量滚圆沿着型腔边界进行一次滚动(S1)形成刀具中心轨迹线，再用刀具滚圆沿着余量滚圆形成的刀具中心轨迹线进行二次滚动(S2)，形成的刀具外包络线进行重构(S3)后，即为刀具的可加工区域边界，再结合型腔的顶面及底面，就实现了飞机结构件任意复杂型腔三轴可加工区域的自动构建，该方法可以快速、准确实现复杂型腔刀具可加工区域自动计算。

Description

基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法
技术领域
本发明涉及一种基于二次滚圆的型腔三轴可加工区域自动构建技术，在给定的刀具及余量前提下，自动计算出型腔三轴加工区域内刀具的可加工区域，用于飞机结构件复杂型腔的自动化数控编程，属于飞机数字化制造技术领域。
背景技术
在给定型腔三轴加工区域、加工刀具及加工余量前提下，实现刀具可加工区域的自动计算是实现飞机结构件自动化编程关键技术之一。目前，有环偏置(HeldM.,LukacsG.,AndorL.Pocketmachiningbasedoncontour-paralleltoolpathsgeneratedbymeansofproximitymaps[J].ComputerAidedDesign,1994,26(3):189-203)，Voronoi图(Held,M.Voronoidiagramsandoffsetcurvesofcurvilinearpolygons[J].ComputerAidedDesign,1998,30(4):287-300；PerssonH.NCmachiningofarbitraryshapedpockets[J].ComputerAidedDesign,1978,10(3):169-174)等方法，但当环包含大量边线时，计算效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于二次滚圆法的复杂型腔三轴可加工区域自动构建方法，该方法可用于实现基于给定刀具的三轴可加工区域自动计算，用于后续的自动编程。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法，其特征在于，步骤如下：在型腔边界基础上，先通过余量滚圆沿型腔边界进行一次滚动(S1)形成刀具中心轨迹线，再用刀具滚圆沿着余量滚圆形成的刀具中心轨迹线进行二次滚动(S2)，形成的刀具外包络线进行重构(S3)后，即为刀具的可加工区域边界，再结合型腔的顶面及底面，实现飞机结构件任意复杂型腔三轴可加工区域的自动构建。
余量滚圆沿型腔边界进行一次滚动的过程如下：将以余量δr为半径的滚圆称为余量滚圆，表示为Ga，沿着型腔边界环包括轮廓界环μc和岛屿界环μi1,μi2,...,μin，n≥0滚动，形成刀具中心轨迹线Ea1,Ea2,…,Eam，m≥0。
刀具滚圆二次滚动过程为：以刀具半径rt为半径的滚圆称为刀具滚圆，表示为Gt沿着Ea1,Ea2,…,Eam滚动，形成刀具加工包络线Ee1,Ee2,…,Eem，将这些包络线进行求交计算，并对求交结果中的环域按照环域扩展法构建最大环，形成新的包络线ρa1,ρa2,…,ρak,k≥1，由这些包络线与型腔顶面、底面形成在给定余量下刀具的三轴可加工区域，完成飞机结构件任意复杂型腔三轴可加工区域的自动构建过程。
发明的有益效果：本发明主要思想是一种将刀具模拟成圆盘，沿着型腔的轮廓边界进行滚动，计算出刀具可加工区域的方法，基本思路为：基于圆盘滚动法，先以半径等于加工余量值的圆盘沿着型腔边界进行滚动，得到圆盘中心轨迹环，再以半径等于刀具半径的圆盘沿着上一个圆盘中心轨迹环进行滚动，由此形成的刀具包络环，包括岛屿环及外轮廓环，由这些岛屿环、轮廓环及型腔顶面、底面约束形成一个空间区域，这个区域即为在给定加工余量、加工刀具下的型腔三轴可加工区域。
本发明提出的方法适用于在给定余量、刀具前提下，实现任意复杂型腔三轴可加工区域的自动构造，为实现大型复杂飞机结构件的自动编程及加工提供关键几何参数，有利于实现飞机结构件的快速化、自动化编程。
附图说明
图1是本发明基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法流程图。
图2(a)～图2(c)是基于二次滚圆法的刀具可加工区域计算过程示意图；其中，图2(a)为型腔边界示意图；图2(b)为圆盘一次滚动示意图；图2(c)为圆盘二次滚动示意图。
具体实施方式
本发明是建立在CAD/CAM系统平台上，基于二次滚圆法，实现飞机结构件复杂型腔三轴可加工区域自动构造的一种方法。下面结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，本实施例是在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的实现过程，但是本发明的保护范围不限于下述实施实例。本发明实施详细步骤如下：
1)步骤1——余量滚圆一次滚动：将以余量δr为半径的滚圆(称为余量滚圆，表示为Ga)沿着型腔边界环(包括轮廓界环μc和岛屿界环μi1,μi2,...,μin，n≥0)滚动，形成刀具中心轨迹线Ea1,Ea2,…,Eam，m≥0，如图2(b)所示；
2)步骤2——刀具滚圆二次滚动：以刀具半径rt为半径的滚圆(称为刀具滚圆，表示为Gt)沿着Ea1,Ea2,…,Eam滚动，形成刀具加工包络线Ee1,Ee2,…,Eem，如图2(c)，将这些包络线进行求交计算，并对求交结果中的环域按照环域扩展法构建最大环，形成新的包络线ρa1,ρa2,…,ρak,k≥1，由这些包络线与型腔顶面、底面形成在给定余量下刀具的三轴可加工区域。

Claims (3)

1.基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法，其特征在于，步骤如下：在型腔边界基础上，先通过余量滚圆沿型腔边界进行一次滚动(S1)形成刀具中心轨迹线，再用刀具滚圆沿着余量滚圆形成的刀具中心轨迹线进行二次滚动(S2)，形成的刀具外包络线进行重构(S3)后，即为刀具的可加工区域边界，再结合型腔的顶面及底面，实现飞机结构件任意复杂型腔三轴可加工区域的自动构建。
2.根据权利要求1所述的基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法，其特征在于，余量滚圆沿型腔边界进行一次滚动的过程如下：将以余量δr为半径的滚圆称为余量滚圆，表示为Ga，沿着型腔边界环包括轮廓界环μc和岛屿界环μi1,μi2,...,μin，n≥0滚动，形成刀具中心轨迹线Ea1,Ea2,…,Eam，m≥0。
3.根据权利要求1所述的基于二次滚圆法的型腔三轴可加工区域自动构建方法，其特征在于，刀具滚圆二次滚动过程为：以刀具半径rt为半径的滚圆称为刀具滚圆，表示为Gt沿着Ea1,Ea2,…,Eam滚动，形成刀具加工包络线Ee1,Ee2,…,Eem，将这些包络线进行求交计算，并对求交结果中的环域按照环域扩展法构建最大环，形成新的包络线ρa1,ρa2,…,ρak,k≥1，由这些包络线与型腔顶面、底面形成在给定余量下刀具的三轴可加工区域，完成飞机结构件任意复杂型腔三轴可加工区域的自动构建过程。
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