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数控加工刀轨关键技术研究

摘要:随着社会主义市场经济体制的逐步成熟和市场经济全球化发展的持续推进,消费者对于工业生产产品的质量以及多样化需求越来越高。本文从点云模型在数控加工中的应用途径和点云模型数控加工刀轨生成技术的发展两个方面入手,对点云模型数控加工刀轨生成关键技术的类型特点进行深入分析,并以此展开了对点云模型数据加工刀轨生成技术算法的研究,希望能为生产单位的技术应用提供参考。

关键词:点云模型;数控加工;刀轨生成技术

在逆向工程中,利用点云模型关键技术生成数控加工刀轨是一个相对复杂和时间耗费较长的过程。数控加工刀轨生成一般需要进行曲面构造或网格模型的构造工作,之后利用第一步的曲面或者网格来实现数控加工刀轨的形成。点云模型数据加工刀轨生成技术不仅可以显著的缩短刀轨生成计算需要花费的时间,还可以进一步省掉刀轨加工过程中的重构环节,因此拥有非常大的应用空间和应用价值。

1云模型数控加工刀轨生成关键技术的应用与发展

1.1点云模型在数控加工中的应用途径。随着社会经济的发展和科学技术的不断创新,数字化测量技术也迎来了更大的发展空间,其中扫描设备在获取实体模型构建过程中的数据信息点变得更为方便和快捷,传统的实体模型构建技术也逐渐向着点云模型技术方向发生改变。点云模型在数控加工刀轨生成过程中的主要应用途径分为以下三种:第一,通过对点云模型济采取的曲面构造操作来获取曲面模型,并根据曲面模型来加工刀轨生成;第二,首先需要利用点云模型来构造三角网格模型,再根据三角网格模型来进一步生成刀轨;第三,通过对点云模型进行的制定技术处理,再根据点云模型的刀具轨迹生成数据来完成数据加工操作[1]。1.2点云模型数控加工刀轨生成技术的发展。点云模型的数据加工刀轨生成技术与传统的刀具轨迹生成技术相比,在实际的操作过程中不会涉及到曲面构建的重新构建环节,对于网格计算中相对繁琐的过程也进行了简化,从而有效的保证了刀轨生成的效率。点云模型的数据加工刀轨生成技术最早是被国外的研究学者Tskuasa所提出,通过对一种类似数据点测量的方式直接生成刀具轨迹,这种方法主要依靠的是坐标测量机对于构建曲面的测量操作,并将测量点确认为刀位点。虽然在刀轨生成技术中取得了一定的成绩,但是在机械接触类的坐标测量工作中,这种测量方法却是不适于对坐标测量机数据点的测量操作,并且实施这种方式需要建立在刀具半径与测量头半径相等的情况下。在此基础上,一些专家学者相继提出了不同的解决策略,点云模型的数据加工刀轨生成技术也得以不断完善和发展。

2点云模型数控加工刀轨生成技术的算法研究

2.1点云模型的等残留高度法精加工刀轨生成算法。点云模型数据加工刀轨生成技术中,等残留高度法精加工刀轨生成算法是一类相对较新的刀轨规划算法,是被Suresh和Yang两个人最先提出。点云模型的等残留高度法精加工技术大多被用于球头刀三轴的加工操作中,通过采取等残留高度法来对步距进行计算。在将球头刀切削加工成曲面的过程中,球头刀由于和被加工曲面之间会直接接触,所以会向前移动,这时刀具曲面和被加工曲面之间会存在相切现象,切点就是刀触点,而刀具的中心点就是刀位点。这一过程中刀位点也代表了刀具的具体位置情况,刀位点与所有刀触点共同形成了刀位点路径以及刀触点路径。点云模型的等残留高度法精加工刀轨生成计算方法主要分为以下三个阶段进行:当前刀位点局部坐标系的创建、数据点与截平面交点的计算以及根据交点计算来得出残留高度点。2.2点云模型的截面线等误差法精加工刀轨生成算法。与其他几种刀具轨迹规划方法相比,采用等残留高度法加工刀轨生成的轨迹长度最短,得到的表面残留高度表现的较为均匀,可以算得上是效果最好的一类刀具轨迹规划方式[2]。但是从实际角度出发,对于一些局部细节过于复杂的曲面或者是组合曲面生成操作中,等残留高度法生成的刀具轨迹则非常容易受到曲面曲率的影响而出现尖点或者拐点的问题,这种情况下就需要用到点云模型中的截面线等误差法来对刀具轨迹进行规划。截面线等误差法应用的范围相对较广,本文提到的点云模型应用的截面线等误差计算方法主要是利用截面线的方法来将刀具轨迹上的刀位点作为圆心,半径为弓高误差建立一个圆,并将第一个刀位点作为等误差中的首个刀位点,以此来计算刀位点与弓高之间切线区域的交集,直到交集为空时,得到的最小非空集合与刀具轨迹相切或者相交,则表示满足误差要求。2.3点云模型局部修改后的刀轨重新生成算法。一般情况下,规划刀具轨迹的方法会包括等参数线法、等残留法、导动面法以及截面法等。其中对于自由曲面扫描的点云模型数据加工刀轨生成技术来讲,大多会采用到截面线等误差法的方式。然而随着工业生产行业市场竞争的逐渐加大,大多数企业对于产品的设计时间、生产时间要求逐渐提高,传统逆向工程中对与实物产品的复制逐渐已经难以满足消费者多样化的需求,为了进一步满足市场的实际需求,生产企业不再对实物进行单一的复制,而是通过对模型修改等一系列操作,获得产品的多样化外观特点。当前点云模型的数控加工刀轨生成技术中局部修改生成算法主要是通过对点云的局部粗加工、细加工之后获得的刀具轨迹重新生成的算法。

3总结

综上所述,点云模型的数控加工刀轨生产技术的出现和被广泛的应用,对于提高工业产品生产效率有着重要作用。通过对点云模型的等残留高度法精加工刀轨生成算法、截面线等误差法精加工刀轨生成算法以及局部修改后的刀轨重新生成算法的分析,明确了点云模型数控加工刀轨生产技术的应用价值,针对点云模型的数据加工刀轨生产技术开展的研究工作成为当前促进工业生产行业发展的重要课题。

参考文献:

[1]刘威,朱淑梅,周琛,沈晔湖,张彤彤.点云模型行距自适应数控加工刀轨生成方法研究[J].制造业自动化,2017,39(11):105-108.

[2]张嘉炜,刘威,袁铁军,张闯闯,谢竞尧.点云模型的五轴无干涉数控加工刀轨生成方法[J].制造业自动化,2016,38(05):158-160+172.

作者:孙路路 韩文丽 单位:洛阳科技职业学院

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