CN110968040A

CN110968040A - 一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法

Info

Publication number: CN110968040A
Application number: CN201911308614.5A
Authority: CN
Inventors: 胡小春
Original assignee: Hunan Geren Automation Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Geren Automation Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: CN110968040B

Abstract

本发明公开了一种程序生成方法，包括如下步骤：S1、将模型中的曲面进行三角剖分；S2、以曲面的三角剖分为基础，将模型在计算机中可视化显示；S3、以步骤S1中生成的三角剖分为基础，对选定的加工对象的进行路径生成；S4、在步骤S2的基础上显示出生成路径，所述步骤S1中的三角剖分中的三角形每一条直线边都带有一个修正参数，此参数用于更精确地逼近真实的曲线，所述S3步骤中的路径生成时，根据每条边的修正参数，修正平面三角形，以更精确地逼近真实的曲面，本发明结构科学合理，使用安全方便，此加工程序生成方法，在同等的精度要求下，大大降低了计算的复杂度，大大提高生成加工程序的加工精度和可靠性。

Description

一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法

技术领域

本发明涉及程序生成技术领域，具体为一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法。

背景技术

STEP-NC是一个面向对象的新型NC编程数据接口国际标准(ISO 14649)，它于1996开始制订，在2001年底成为国际标准草案(Draft International Standard，DIS)，由国际标准化组织ISO/TC184工业数据技术委员会正式命名为ISO14649，其目的旨在取代在数控机床中广泛使用的ISO 6983标准；

STEP-NC的基本原理是基于制造特征进行编程，它告诉CNC的是“加工什么”，而不是直接对刀具运动进行编程，以及告诉CNC“如何加工”的具体动作.加工流程是以工作步骤(working step)作为基本单位，将特征与技术信息联系到一起，每个工作步骤只定义一种操作(“干什么’，如何干等”，仅能用一种刀具和一种策略).STEP-NC通过任务描述(钻中心孔、钻孔、粗加工、精加工…)把工件的加工程序传到加工车间，在车间可以根据实际的需要对加工程序进行修改，修改后的加工过程信息可以保存并返回到设计部门，使经验和知识能更好地交换和保留，也实现了产品生命周期数据的共享；

为了在CAM系统和CNC系统之间进行信息交换时完整全面的表达信息，必须建立合适的数据模型(STP文件存储)，ISO14649使用面向对象的方式定义的数据模型避免了信息的丢失，它把每一个加工步骤都定义成独立的对象，每个对象又包含各种描述性的属性.通过严格的分离几何数据、操作数据、加工数据等这些数据，简化了信息的存储和访问，使不同模块之间可进行信息的交换.零件的加工过程被定义成一个工步序列，一个基于几何信息的工步确定了哪些操作被执行，而这种面向对象的操作本身又包含了工艺信息、刀具信息、加工策略等；

要实现STEP-NC标准的数控系统，除了实现数据模型的可视化外，关键问题在于通过数据模型，自动生成选定模型对象(实体，曲面，曲线，点)的刀具路径。

发明内容

本发明提供一种程序生成方法，可以有效解决上述背景技术中提出要实现STEP-NC标准的数控系统，除了实现数据模型的可视化外，关键问题在于通过数据模型，自动生成选定模型对象(实体，曲面，曲线，点)的刀具路径的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法，包括如下步骤：

S1、将模型中的曲面进行三角剖分；

S2、以曲面的三角剖分为基础，将模型在计算机中可视化显示；

S3、以步骤S1中生成的三角剖分为基础，对选定的加工对象的进行路径生成；

S4、在步骤S2的基础上显示出生成路径。

根据上述技术方案，所述步骤S1中的三角剖分中的三角形每一条直线边都带有一个修正参数，此参数用于更精确地逼近真实的曲线。

根据上述技术方案，所述S3步骤中的路径生成时，根据每条边的修正参数，修正平面三角形，以更精确地逼近真实的曲面。

根据上述技术方案，所述S1步骤中的三角剖分中的三角形直线边修正后的方程为：

x＝p*x1+(1-p)*x2+p*(1-p)*dx₁₂；(p∈[0，1])。

根据上述技术方案，所述S3步骤中的路径生成时，三角剖分中的平面三角形修正后的方程为：

x＝(1-p)*x1+p*q*x2+p*(1-q)*x3+p*q*(1-q)*dx₂₃+p*(1-p)*q*dx₂₁+p*(1-p)*(1-q)*dx₃₁；(p，q∈[0，1])。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，此加工程序生成方法，在同等的精度要求下，大大降低了计算的复杂度，大大提高生成加工程序的加工精度和可靠性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的圆弧段用直线段逼近误差分析示意图；

图2是本发明的路径生成实例示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1所示，本发明提供技术方案，一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法，假设直线段起点为x1，终点为x2，则直线段的方程为：x＝p*x1+(1-p)*x2；(p∈[0，1])；

当p＝0时x＝x1，为起点；

当p＝1时x＝x2，为终点；

直线段的中点为x＝(x1+x2)/2；假设此直线段的长度为d；此时与半径为R的圆弧的位置误差值最大为

对于R＝50mm，误差值Δd≤0.01mm的情形要求d≤2.0mm，此时要达到精度要求需要对整圆做N＝158段直线的细分逼近，显然N＝158这个值较大，若用N＝16段直线细分实现逼近，则产生的误差较大。

对线段做如下修正：

x＝p*x1+(1-p)*x2+p*(1-p)*dx₁₂；(p∈[0，1])

就能实现逼近要求；显然修正项p*(1-p)*dx₁₂，在两端点处的修正为0，在中点的修正最大，若取|dx₁₂|＝d²/(2R)，且dx₁₂矢量方向与直线段方向垂直，则可以有效补偿误差；

对于N＝16的情形，原本的误差为0.96mm，补偿后的最大误差小于0.003mm；因此这种补偿方法可以以只需要一个修正参数这样很低的成本高精度的逼近曲线。

有了以上的基础，我们可以采用以上的修正的方法用空间三角形逼近空间曲面，一般情况下三角形的方程为：

x＝(1-p)*x1+p*q*x2+p*(1-q)*x3；(p，q∈[0，1])

很明显，三角形表示的曲面曲率为0，在粗的三角剖分的情况下，与真实的曲面有较大误差；

但是如果我们对三条边进行上述的逼近，然后以这些修正为基础，对三角形进行修正，可以大大提高精度；而成本却只是对每一条边进行一个参数的修正，具备实用性；

三角形修正后的方程为：

明显的，q＝1时，正好就是修正后的边L12；q＝0时，正好就是修正后的边L31；p＝1时，正好就是修正后的边L23；各顶点的修正值为0。

有了以上基础，我们采用一种如下的加工程序生成方法，包括如下步骤：

S1、将模型中的曲面进行三角剖分；

S4、在步骤S2的基础上显示出生成路径。

根据上述技术方案，所述步骤S1中的三角剖分中的三角形每一条直线边都带有一个修正参数，此参数用于更精确地逼近真实的曲线；

优选的曲面的三角剖分采用delaunay三角剖分，具体的步骤为将三维曲面表述为只有两个参量(u，v)，加上边沿曲线的曲面然后在二维(u，v)坐标系中根据边沿曲线点，以及曲面的曲率特征取内部点进行delaunay三角剖分，三角剖分完毕之后，根据拓扑性质，对边沿进行修复，并去掉空洞；

本发明中，此三角剖分逼近可以采用较粗的直线段逼近曲线，但是此时要根据曲面和曲线，确定直线段与实际曲面和曲线的误差，并对误差进行修正，此修正值，一并保存在三角剖分的边沿列表中。

根据上述技术方案，所述步骤S2，优选的使用OPENGL图形显示引擎进行显示输出，既能显示三角剖分边沿，又能显示三角剖分面，此显示可以直接显示未进行修正的三角剖分，也可以根据修正结果显示修正后的三角剖分。

根据上述技术方案，所述S3步骤中的路径生成时，根据每条边的修正参数，修正平面三角形，以更精确地逼近真实的曲面；

以S1中生成的三角剖分为基础，对选定的加工对象的进行路径生成；此时由于有了对三角形直线边的修正，修正后的三角形与曲面的偏差很小，而此时的三角剖分可以采用较粗的尺度，因此生成路径时计算效率可以大大提高；

同时，由于三角剖分，表示了所有的模型中的曲面，对于机床加工路径的规划只需要考虑三角剖分即可，因此，既实现了高精度的计算，又简化了计算，以常见的刀径补偿路径加工程序为例，在考虑是否过切，或者存在干涉时，只需要判断三角剖分中的三角形是否过切，或者存在干涉，在对曲面进行刀径补偿加工时，效果更加明显，此时，只需要刀径补偿后的路径覆盖要加工的曲面的三角剖分，同时不存在过切或者干涉即可。

x＝p*x1+(1-p)*x2+p*(1-p)*dx₁₂；(p∈[0，1])。

如图2所示：对一个带两个圆孔的正方形平面区域进行刀补路径生成的实例，首先根据一定规则对每一个三角形进行刀补，然后把所有的刀补路径连接起来，优选的进行拟合，最终输出路径，此时的圆孔区域进行了修正，因此产生的路径误差比较小；

所述步骤S4，在S2的基础上显示出生成路径；产生的路径可视化，可以有效判断路径是否正确，以及是否可以进一步优化。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种程序生成方法，包括如下步骤：

S1、将模型中的曲面进行三角剖分；

S4、在步骤S2的基础上显示出生成路径。

其特征在于，所述步骤S1中的三角剖分中的三角形每一条直线边都带有一个修正参数，此参数用于更精确地逼近真实的曲线；所述S3步骤中的路径生成时，根据每条边的修正参数，修正平面三角形，以更精确地逼近真实的曲面。

2.根据权利要求1所述的一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法，其特征在于，所述S1步骤中的三角剖分中的三角形直线边修正后的方程为：

x＝p*x1+(1-p)*x2+p*(1-p)*dx₁₂；(p∈[0，1])。

3.根据权利要求1所述的一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法，其特征在于，所述S3步骤中的路径生成时，三角剖分中的平面三角形修正后的方程为：

x＝(1-p)*x1+p*q*x2+p*(1-q)*x3+p*q*(1-q)*dx₂₃+p*(1一p)*q*dx₂₁+p*(1-p)*(1-q)*dx₃₁；(p，q∈[0，1])。