CN112987647B - 参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法 - Google Patents

参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，首先导入待加工的曲面模型，设置加工刀具、逼近误差最大允许值、行距等参数信息；然后根据行距规划出刀触点曲线，对刀触点曲线根据线性误差计算出初始步长，获得离散的刀触点并计算出刀触点的刀位点和刀轴矢量；将相邻刀位点之间的刀具运动包络面和刀触点轨迹线用离散刀具底面圆和刀触点集代替，提出相邻两个刀位点逼近误差的计算方法；比较逼近误差与最大允许值的大小，调整步长使相邻刀位点之间的逼近误差在设定的范围内，从而获得等误差刀轨。

Description

参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法
技术领域
本发明属于计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)的技术领域，具体涉及一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。
背景技术
参数曲面作为一种典型的自由曲面，广泛应用在具有复杂外形产品的设计中，如覆盖件、模具等。与常用的参数曲面刀轨生成方法等参数法和等步长法不同，等误差刀轨通过控制相邻刀触点之间的距离使逼近误差等于最大允许值或位于设定的区间内，从而实现步长最大化、刀触点/刀位点数量最小化，有效减少冗余刀轨数量。
等误差数控加工刀轨在逼近误差均匀性方面优势明显，计算五轴等误差刀轨的主要过程是求出等误差刀触点、再以此计算等误差刀位点和刀轴矢量。五轴平底刀逼近误差几何特性较为复杂，等误差刀触点计算难度大，且每一个刀触点都需要根据前一个刀触点逐一计算出。
中国专利申请号为CN201910839404.2的发明专利公开了一种基于八参数五轴线性插补的非线性误差控制方法，用以解决五轴线性插补时刀触点线性轨迹的非线性误差的控制问题。该方法根据刀具摆动引起刀触点线性轨迹非线性误差的产生机理并结合五轴机床运动坐标变换原理建立了刀触点线性轨迹非线性误差的数学模型。在进行八参数五轴线性插补时，计算出当前插补周期的插补刀心点和与之对应的插补刀触点，分别计算出插补刀心点与刀触点线性轨迹间的垂足位置坐标、插补刀触点与刀触点线性轨迹间的空间距离，以此确定出非线性误差补偿修复矢量，最后计算并输出新的插补刀心点位置坐标完成一个插补周期对刀触点非线性误差的控制。
中国专利申请号为CN202010772233.9的发明专利公开了一种针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，由原始加工刀位数据得到刀轴指令路径，基于最短路径原则得到刀轴理想路径，将刀轴指令路径与理想路径间的偏差作为刀轴非线性误差并进行修正；将修正后的刀位数据转化为加工代码并得到机床坐标系下刀尖点指令路径，通过坐标转换得到机床坐标系下的刀尖点理论路径，找出机床坐标系下刀尖点的指令路径中与其理论路径的偏差值最大所对应的点，将该点转换到工件坐标系下，并计算该点到刀尖点理论路径所在直线距离作为刀尖点非线性误差，由刀尖点非线性误差求得极限进给率，以极限进给率规划目标速度，对刀尖点非线性误差进行补偿。
上述两个发明专利的目的都是为了避免五轴加工刀轨非线性误差超过最大允许值。中国专利申请号为CN201910839404.2的发明专利通过建立非线性误差模型、计算非线性误差补偿修复矢量，从而生成新的插补刀心点，达到控制非线性误差的目的。中国专利申请号为 CN202010772233.9的发明专利以刀轴指令路径与理想路径间的偏差作为刀轴非线性误差，并对刀位数据进行修正，然后转化到机床坐标系中计算刀尖点非线性误差，最后规划极限进给率、目标速度进行刀尖点非线性误差补偿。五轴加工中实际的逼近误差由非线性误差和线性误差共同决定但并非简单叠加，而是需要获取真实的刀具运动包络面和局部曲面信息进行计算，因为这两个发明专利都是对已有刀轨非线性误差的优化处理，所以无法用于逼近误差的计算和等误差刀轨生成。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，以提高误差精度，减少刀位点数量。
具体地，本发明的技术方案如下：
一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，包括以下步骤：
导入曲面模型，设置加工参数；
获取刀触点轨迹线的初始刀位点和刀轴矢量；
获取相邻两个刀位点的逼近误差；
获取等误差刀轨。
进一步地，所述加工参数包括：设置刀具半径R、刀具长度LT和刀轨总行数n、前倾角α、逼近误差最大允许值emax。
进一步地，所述获取初始刀位点和刀轴矢量包括：
根据行距规划刀触点曲线；
根据线性误差获取初始步长，获得刀触点点集；
根据所述刀触点获取刀位点和刀轴矢量。
进一步地，所述获取相邻两个刀位点的逼近误差包括：
获取刀具包络面的离散刀具底面圆和刀触点曲线的点集；
获取相邻刀位点中点刀位的逼近误差并获得相应的刀触点；
获取具有最大线性误差的刀触点；
在获得的两个刀触点邻域内，迭代计算以获取离散刀具底面和刀触点点集之间的最小距离，即相邻刀位点之间的逼近误差。
进一步地，所述获取误差刀轨包括：
比较逼近误差与最大允许值，调整步长；
获取在设定范围内的逼近误差；
获取等误差刀轨。
进一步地，所述根据行距规划刀触点曲线包括：
获取刀触点轨迹线，设u和v分别为待加工参数曲面S的行距和进给方向，由式(1)可得到第i条刀触点轨迹线CCi，其中n是刀轨总行数，umin和umax分别为u参数的最小值和最大值；
Figure RE-GDA0003043280460000031
进一步地，所述根据线性误差获取初始步长，获得刀触点点集包括：
计算刀触点轨迹线上的离散刀触点：设CCi上v参数范围为[vmin,vmax]，首个刀触点参数 v1＝vmin，第j个刀触点
Figure RE-GDA0003043280460000032
处的曲线长度Lj、曲率kj、切矢tj和法矢nj可由式 (2)表示、求出，其中Su和Sv是曲面上的点在参数方向u和v上的切矢：
Figure RE-GDA0003043280460000033
对于下一个刀触点
Figure RE-GDA0003043280460000034
当实际逼近误差等于最大步长误差emax时，步长达到了理论最大值；
为了满足逼近误差要求，相邻刀触点的距离一般比较小，由于参数曲面曲率变化平稳，假设
Figure RE-GDA0003043280460000035
Figure RE-GDA0003043280460000036
之间的局部刀触点轨迹线CCi,j为等曲率来计算
Figure RE-GDA0003043280460000037
进一步地，根据所述刀触点获取刀位点和刀轴矢量包括：获取刀触点的初始刀位点和刀轴矢量，经迭代计算获取所有刀触点的刀位点和刀轴矢量。
本发明的实施方式还提供一种终端，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明所提出的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。
本发明的实施方式还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所提出的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。
本发明提供的一种参数曲面平底刀五轴等误差刀轨生成方法，根据行距规划出刀触点曲线，对刀触点曲线根据线性误差计算出初始步长，获得离散的刀触点并计算出刀触点的刀位点和刀轴矢量；将相邻刀位点之间的刀具运动包络面和刀触点轨迹线用离散刀具底面圆和刀触点点集表示，提出相邻两个刀位点逼近误差的计算方法；比较逼近误差与最大允许值的大小，调整步长使相邻刀位点之间的逼近误差在设定的范围内，从而获得等误差刀轨。与等参数法和等步长法计算出的刀轨相比，运用本发明提出的方法计算出的参数曲面平底刀五轴等误差刀轨，满足逼近误差要求的同时刀位点数量最小。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明其中一实施例的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法流程示意图；
图2是根据本发明其中一实施例的弦误差示意图；
图3是根据本发明其中一实施例的刀位点和刀轴矢量示意图；
图4是根据本发明其中一实施例的相邻刀位点之间的误差的示意图；
图5是根据本发明其中一实施例的刀触点集为凹时、刀触点与刀具底面圆之间的几何关系示意图；
图6是根据本发明其中一实施例的刀触点集为凸时、刀触点与刀具底面圆之间的几何关系示意图；
图7是根据本发明其中一实施例获取刀位Om的逼近误差流程示意图；
图8是根据本发明其中一实施例刀具定位点On示意图；
图9是根据本发明其中一实施例叶片曲面与三种方法生成的刀轨示意图；
图10是根据本发明其中一实施例刀轨的逼近误差示意图；
图11是根据本发明其中一实施例加工后的叶片实物图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明提出一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，参见图1，包括以下具体步骤：
步骤1、计算刀触点轨迹线的初始刀位点和刀轴矢量；
步骤1.1导入曲面模型，设置刀具半径R、刀具长度LT和刀轨总行数n、前倾角α、逼近误差最大允许值emax等参数信息。首先获取刀触点轨迹线，设u和v分别为待加工参数曲面S的行距和进给方向。由式(1)可得到第i条刀触点轨迹线CCi，其中n是刀轨总行数，umin和umax分别为u参数的最小值和最大值。
Figure RE-GDA0003043280460000051
步骤1.2计算刀触点轨迹线上的离散刀触点。设CCi上v参数范围为[vmin,vmax]，首个刀触点参数v1＝vmin，第j个刀触点
Figure RE-GDA0003043280460000052
处的曲线长度Lj、曲率kj、切矢tj和法矢 nj可由式(2)表示、求出，其中Su和Sv是曲面上的点在参数方向u和v上的切矢。
Figure RE-GDA0003043280460000061
对于下一个刀触点
Figure RE-GDA0003043280460000062
当实际逼近误差等于最大步长误差emax时，步长达到了理论最大值。为了满足逼近误差要求，相邻刀触点的距离一般比较小，由于参数曲面曲率变化平稳，假设
Figure RE-GDA0003043280460000063
Figure RE-GDA0003043280460000064
之间的局部刀触点轨迹线CCi,j为等曲率来计算
Figure RE-GDA0003043280460000065
如图2所示，设线段
Figure RE-GDA0003043280460000066
和圆弧
Figure RE-GDA0003043280460000067
之间的弦误差(即线性误差)为emax，rj为点
Figure RE-GDA0003043280460000068
的曲率半径，
Figure RE-GDA0003043280460000069
则刀触点轨迹线CCi上的实际刀触点
Figure RE-GDA00030432804600000610
的vj+1可由式(3)求出。
Figure RE-GDA00030432804600000611
步骤1.3计算刀触点的初始刀位点和刀轴矢量。以
Figure RE-GDA00030432804600000612
为例，切矢tj和法矢nj可由式(2) 求出。如图3所示，建立以
Figure RE-GDA00030432804600000613
为原点的局部坐标系，令yj＝tj、zj＝nj、xj＝tj×nj，刀位点和刀轴矢量由前倾角α确定，可由式(4)求出。
Figure RE-GDA00030432804600000614
迭代步骤1.1～步骤1.3可求出所有刀触点的刀位点和刀轴矢量。
步骤2、计算相邻两个刀位点的逼近误差，以第i条刀轨上的第j和j+1个刀位点
Figure RE-GDA00030432804600000615
和
Figure RE-GDA00030432804600000616
为例描述计算流程。
步骤2.1、计算刀触点轨迹线上线性误差最大的刀触点。
运用式(5)获得刀触点
Figure RE-GDA0003043280460000071
和
Figure RE-GDA0003043280460000072
之间的刀触点轨迹线CCi,j,vj、vj+1分别是
Figure RE-GDA0003043280460000073
和
Figure RE-GDA0003043280460000074
的 v参数。运用式(6)求出曲线CCi,j上ncc个离散点点集
Figure RE-GDA0003043280460000075
并在计算过程中取代CCi,j以提高计算效率。
Figure RE-GDA0003043280460000076
和线段
Figure RE-GDA0003043280460000077
之间的距离
Figure RE-GDA0003043280460000078
可由式(7)求出，令在
Figure RE-GDA0003043280460000079
中的
Figure RE-GDA00030432804600000710
具有距离最大值
Figure RE-GDA00030432804600000711
则
Figure RE-GDA00030432804600000712
就是线段
Figure RE-GDA00030432804600000713
和CCi,j之间的线性误差。
CCi,j＝CCi(v),v∈[vj,vj+1] (5)
Figure RE-GDA00030432804600000714
Figure RE-GDA00030432804600000715
步骤2.2、计算相邻刀位点中点刀位的逼近误差及其刀触点
如图4所示，Oi,j和Oi,j+1是刀具的顶点，即刀具夹具的定位点。Om是Oi,jOi,j+1的中点，在刀位Om的刀具底部圆上，存在一点与刀触点轨迹CCi,j的距离最小，最小距离即为刀位Om的逼近误差，详细的计算过程如下。
步骤2.2.1、计算相邻刀位点中点刀位的刀具数据
如图4所示，Oi,jOi,j+1的中点Om具有最大的非线性误差，Om的刀具数据可由式(8)计算，其中LT为刀具长度。
Figure RE-GDA00030432804600000716
步骤2.2.2、计算刀位Om的初始逼近误差
如图5-6所示，刀具底部平面上的Bk为
Figure RE-GDA00030432804600000717
的垂足。Ck是
Figure RE-GDA00030432804600000718
和
Figure RE-GDA00030432804600000719
的交点。构造三角形
Figure RE-GDA00030432804600000720
和
Figure RE-GDA00030432804600000721
Figure RE-GDA00030432804600000722
Figure RE-GDA00030432804600000723
和BkCk的长度可由式(9)求出，在
Figure RE-GDA00030432804600000724
中，
Figure RE-GDA00030432804600000725
和Bk之间的最小距离是CkBk,
Figure RE-GDA00030432804600000726
是
Figure RE-GDA00030432804600000727
和刀具底部平面之间的最小距离，所以
Figure RE-GDA00030432804600000728
和
Figure RE-GDA00030432804600000729
之间的最小距离是
Figure RE-GDA00030432804600000730
Figure RE-GDA00030432804600000731
中所有点到
Figure RE-GDA00030432804600000732
的最小距离就是刀位Om的初始逼近误差。
Figure RE-GDA0003043280460000081
步骤2.2.3、判断逼近误差是否满足精度要求
设点
Figure RE-GDA0003043280460000082
到
Figure RE-GDA0003043280460000083
的距离
Figure RE-GDA0003043280460000084
为步骤2.2.2中计算出的逼近误差，通过式(10)可求出
Figure RE-GDA0003043280460000085
和
Figure RE-GDA0003043280460000086
Figure RE-GDA0003043280460000087
的最小差值
Figure RE-GDA0003043280460000088
如果
Figure RE-GDA0003043280460000089
大于用户定义的逼近误差精度Δe，则
Figure RE-GDA00030432804600000810
不能满足精度要求。计算流程跳转到步骤2.2.4。如果
Figure RE-GDA00030432804600000811
小于Δe,
Figure RE-GDA00030432804600000812
能满足精度要求，就是需要的逼近误差。计算流程结束，逼近误差计算流程图如图7所示。
Figure RE-GDA00030432804600000813
步骤2.2.4、获取新的刀触点并计算逼近误差
Figure RE-GDA00030432804600000814
和
Figure RE-GDA00030432804600000815
的中点
Figure RE-GDA00030432804600000816
和
Figure RE-GDA00030432804600000817
可由式(11)求出，
Figure RE-GDA00030432804600000818
Figure RE-GDA00030432804600000819
到
Figure RE-GDA00030432804600000820
的距离
Figure RE-GDA00030432804600000821
Figure RE-GDA00030432804600000822
可由式(9)获得，由式(12)获得它们的最小距离
Figure RE-GDA00030432804600000823
将
Figure RE-GDA00030432804600000824
代入步骤2.2.3，判断是否满足精度要求。
Figure RE-GDA00030432804600000825
Figure RE-GDA00030432804600000826
步骤2.3、运用插值算法计算相邻刀位点的逼近误差
设
Figure RE-GDA00030432804600000827
和
Figure RE-GDA00030432804600000828
是具有最大的线性误差和非线性误差的刀触点，可由步骤2.1和2.2计算出。需要计算出的具有最大逼近误差的刀触点
Figure RE-GDA00030432804600000829
位于
Figure RE-GDA00030432804600000830
和
Figure RE-GDA00030432804600000831
的邻域内，利用迭代参数的方式获取刀具位置并计算逼近误差来搜索
Figure RE-GDA00030432804600000832
具体流程如下：
步骤2.3.1、以刀触点计算刀具的定位点
如图8所示，线段
Figure RE-GDA00030432804600000833
上的
Figure RE-GDA00030432804600000834
和
Figure RE-GDA00030432804600000835
分别是
Figure RE-GDA00030432804600000836
和
Figure RE-GDA00030432804600000837
垂足。
Figure RE-GDA00030432804600000838
在
Figure RE-GDA00030432804600000839
的位置系数kn由式(13)求得。假设On在Oi,jOk上具有相同的位置系数kn,则On可由式(14)求得。
Figure RE-GDA0003043280460000091
Figure RE-GDA0003043280460000092
步骤2.3.2、计算刀具定位点处的逼近误差
刀具定位点On对应的刀位点
Figure RE-GDA0003043280460000093
和刀具矢量
Figure RE-GDA0003043280460000094
可由式(15)计算，用步骤2.2中的算法求出刀具位置On处的逼近误差en。
Figure RE-GDA0003043280460000095
步骤2.3.3、计算更精确的逼近误差
令kn+Δk＝kn+Δk、kn-Δk＝kn-Δk，Δk为位置系数增量，一般可取0.05到0.1之间。与kn相同，kn+Δk、kn-Δk对应的刀具位置及其逼近误差en+Δk、en-Δk可由步骤2.3.1和步骤2.3.2求出。如果en+Δk＞en，令kn+Δk＝kn+Δk+Δk，如果en-Δk＞en，令kn-Δk＝kn-Δk-Δk，继续搜索更大的逼近误差。如果en＞en+Δk且en＞en-Δk，en就是所要求出的刀位点
Figure RE-GDA0003043280460000096
和
Figure RE-GDA0003043280460000097
之间更精确的逼近误差。
步骤3计算等误差刀触点和刀轨
以ei,j命名步骤2计算出的刀位点
Figure RE-GDA0003043280460000098
和
Figure RE-GDA0003043280460000099
之间的逼近误差，若ei,j在区间
Figure RE-GDA00030432804600000910
内 (
Figure RE-GDA00030432804600000911
emax为用户定义的逼近误差下限和最大允许值)，可认为ei,j满足误差要求，
Figure RE-GDA00030432804600000912
就是想要的等误差刀位点。否则，调整
Figure RE-GDA00030432804600000913
的参数使
Figure RE-GDA00030432804600000914
具体流程如下：
步骤3.1、如果
Figure RE-GDA00030432804600000915
步长需要调整，转到步骤3.2。如果ei,j∈[emax-Δe,emax]， ei,j满足要求，
Figure RE-GDA00030432804600000916
和Ti,j就是期望求出的等误差刀位点和刀轴矢量，计算流程结束。
步骤3.2、以式(16)计算刀触点的参数增量Δvi,j+1，其中ke(ke＜1)为参数增量调节系数，获取调整后的刀触点
Figure RE-GDA00030432804600000917
以式(4)计算新的刀位点
Figure RE-GDA00030432804600000918
和刀具矢量Ti,j，使用步骤2的算法计算出新的逼近误差ei,j，转到步骤3.1。
Figure RE-GDA00030432804600000919
与
Figure RE-GDA00030432804600000920
相同，后续的刀位点和刀具矢量可运用步骤2和步骤3依次计算出。所有刀触点轨迹线的等误差刀位点和刀具矢量均可通过上述算法得到。
本发明的实施方式还提供一种终端，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明所提出的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本发明的实施方式还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所提出的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明的一个典型实施实例如下：
选择的例子为典型的叶片曲面，如图9(a)所示，刀具选择半径为6mm的平底刀，刀轨总行数为221，最大允许逼近误差emax为0.003mm，其下限
Figure RE-GDA0003043280460000101
为0.0027mm(0.9emax)，前倾角为15°，位置系数增量Δk为0.1，参数增量调节系数ke为0.8。
图9(b)为利用本发明所提出的方法生成的等误差刀轨。作为比较，采用等参数法和等步长法生成了刀轨，参数和步长增量分别为0.002和0.3mm，图9(c)和(d)为生成的等参数和等步长刀轨。由于刀轨总行数很大，因此选择8行刀轨比较它们的刀触点数量，基本信息如表 1所示。与等参数和等步长刀轨相比，等误差刀轨的刀触点最少。
图10(a)为8行等误差刀轨的逼近误差，均在[0.0027mm，0.003mm]范围内。由于最后刀触点为刀触点轨迹线的终点，所以只有此点的逼近误差小于0.0027mm。图10(b)、(c)为8行等参数、等步长刀轨的逼近误差，v参数范围在[25，34]和[58，68]内的逼近误差均大于0.003mm。这些范围是叶片的前后缘区域，比其他区域有更大的曲率。
与等参数和等步长刀轨相比，只有本文方法生成的等误差刀轨满足误差要求，且刀触点最少。图11为使用等误差刀轨加工后的叶片实物图，验证了本专利的可行性。
表1三种方法所生成刀轨的刀位点数量
Figure RE-GDA0003043280460000111
综上所述，本发明提供的一种参数曲面平底刀五轴等误差刀轨生成方法，根据行距规划出刀触点曲线，对刀触点曲线根据线性误差计算出初始步长，获得离散的刀触点并计算出刀触点的刀位点和刀轴矢量；将相邻刀位点之间的刀具运动包络面和刀触点轨迹线用离散刀具底面圆和刀触点点集表示，提出相邻两个刀位点逼近误差的计算方法；比较逼近误差与最大允许值的大小，调整步长使相邻刀位点之间的逼近误差在设定的范围内，从而获得等误差刀轨。与等参数法和等步长法计算出的刀轨相比，运用本发明提出的方法计算出的参数曲面平底刀五轴等误差刀轨，满足逼近误差要求的同时刀位点数量最小。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
导入曲面模型，设置加工参数；
获取刀触点轨迹线的初始刀位点和刀轴矢量；
获取相邻两个刀位点的逼近误差；
获取等误差刀轨；其中，所述获取初始刀位点和刀轴矢量包括：
根据行距规划刀触点曲线；
根据线性误差获取初始步长，获得刀触点点集；
根据所述刀触点获取刀位点和刀轴矢量。
2.根据权利要求1所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，所述加工参数包括：设置刀具半径R、刀具长度LT和刀轨总行数n、前倾角α、逼近误差最大允许值emax。
3.根据权利要求1所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，所述获取相邻两个刀位点的逼近误差包括：
获取刀具包络面的离散刀具底面圆和刀触点曲线的点集；
获取相邻刀位点中点刀位的逼近误差并获得相应的刀触点；
获取具有最大线性误差的刀触点；
在获得的两个刀触点邻域内，迭代计算以获取离散刀具底面和刀触点点集之间的最小距离，即相邻刀位点之间的逼近误差。
4.根据权利要求1所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，所述获取误差刀轨包括：
比较逼近误差与最大允许值，调整步长；
获取在设定范围内的逼近误差；
获取等误差刀轨。
5.根据权利要求1所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，所述根据行距规划刀触点曲线包括：
获取刀触点轨迹线，设u和v分别为待加工参数曲面S的行距和进给方向，由式(1)可得到第i条刀触点轨迹线CCi，其中n是刀轨总行数，umin和umax分别为u参数的最小值和最大值；
Figure FDA0003496480160000021
6.根据权利要求5所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，所述根据线性误差获取初始步长，获得刀触点点集包括：
计算刀触点轨迹线上的离散刀触点：设CCi上v参数范围为[vmin,vmax]，首个刀触点参数v1＝vmin，第j个刀触点
Figure FDA0003496480160000022
处的曲线长度Lj、曲率kj、切矢tj和法矢nj可由式(2)表示、求出，其中Su和Sv是曲面上的点在参数方向u和v上的切矢：
Figure FDA0003496480160000023
对于下一个刀触点
Figure FDA0003496480160000024
当实际逼近误差等于最大步长误差emax时，步长达到了理论最大值；
为了满足逼近误差要求，相邻刀触点的距离一般比较小，由于参数曲面曲率变化平稳，假设
Figure FDA0003496480160000025
之间的局部刀触点轨迹线CCi,j为等曲率来计算
Figure FDA0003496480160000026
7.权利要求1所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法，其特征在于，根据所述刀触点获取刀位点和刀轴矢量包括：获取刀触点的初始刀位点和刀轴矢量，经迭代计算获取所有刀触点的刀位点和刀轴矢量。
8.一种终端，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至7中任一所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的参数曲面平底刀五轴加工的等误差刀轨生成方法。
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