三角网格模型多轴数控雕刻刀轨生成算法

采用 多轴数控 加 工机 床 进行 加 工． 目前 ， 角 网格模 三 型多轴加工 刀轨 生成 方 法可 根据 获 取 刀位 点 的方 式 分为： 刀触 点偏 置 法 及 等 距 网格 模 型求 交 法 Ｊ ． 刀触 点偏置 法通 过对 刀 轨截 面 与三 角 网格 模 型进 行 求 交获取 刀触点 ， 刀触点沿其法 矢方 向偏 置获取 刀 将 位点 ， 但基 于三角 面片法矢直接计 算 出的刀触 点法 矢 准确 性差 ， 轨生 成精 度 低 、 能 有效 避 免 刀轨 干 涉 刀 不 问题 ， 不适用 于数 控雕 刻 刀轨 的生成 ． 距 网格 模 型 等
精度 控制 ， 最终 生成满 足精度 要 求 的无干 涉 多轴 数控 雕 刻 刀轨 ． 实例证 明 ： 该算 法 可 生成 复 杂 三 角 网格 模 型的 多轴数 控雕 刻 刀轨 ， 刀轨 生成精 度 高 、 运行 速度 快 ， 可有 效避 免干 涉． 关键 词 ： 角网格 ；数控 雕 刻刀轨 ；动 态索 引 ；刀位点计 算 ； 分插值 法 三 二
角面 片的拓 扑 近邻 关 系 ， 并依 据 三 角 网格模 型 的型 面特征规 划刀位驱 动 点 ， 取各 驱动 点 的瞬 时加 获
工 区域 ； 据 刀具 与瞬 时加 工 区域 中各 三 角 面片的相 切 关 系采 用 面相 切 、 根 边相 切或 顶点相 切 刀位计 算 方法获 取相 应 无干 涉刀位 点 ； 测相 邻 刀位 点 间的极 限加 工 误 差并 采 用二 分 插值 法 实现 刀轨 的 检
中图分 类号 ： Ｐ ９ ． ３ Ｔ ３ １ ７ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ １ ７ ５ ２ １ ）４— ４ ６— ７ １ ７ —７ ７ （０ １ ０ ０ １ ０
Ｇｅ ｅ ａ ｉ ｇ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｆ ｍ ｕ ｔ－ ｘ ｓ ＮＣ ｎ ｒ ｖ ｎ － ａ ｈ ｎ ｒ ｔｎ ｌ ｏ ｉｈ ｏ ｌｉａ ｉ － ｅ ｇ ａ ｉ ｇ－ ｔ ｐ
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基 金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（ １７ ２ ７ ；山东省 自然科学基金 资助项 目（ Ｒ ００ Ｍ ０ ） ５ ０５ ４ ） Ｚ ２ １Ｅ ０ ８ 作 者简 介：孙殿柱（ ９ ６ ） 男 ， １５ 一 ， 山东烟台人 ， 教授 ， 博士生导师 （ ｉｎｈｓ ｄ ｔｅｕ ｅ ） 主要从 事 ＣＡ）Ｃ Ｍ 体化 、 向 ｄａ ｚｕ＠ｓｕ．ｄ ．ｎ ， Ｉ Ａ ／ 逆 造技术等研究． 崔传辉（ ９ ４ ） 男 ，Ｉ １８ 一 ， Ｌ东聊城人 ， １ 硕士研 究生（ ｕｃｕｍ ｕ１ ８ ＠１３ ｅｍ） 主要从事 Ｃ Ｄ ＣＡ 体化研究． ｃｉｈ ｔｈ ｉ９４ ６ ． ｏ ， Ａ／ Ｍ
ｇ ｌ ｒｍｅ ｈ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏｔ ｕ ｆ ｃ ｅ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｔ ａ ｇ ｌｒｍｅ ｈ ｓ ｒａ ｅｍｏ ｅ ，ｔ ｅ ｔｏ — ｏ ｉｉｎ ｄ ｉｉ ｇ ｕａ ｓ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈｅ ｓ ｒａ ｅ ｆ ａｕ ｅ ｏ ｈ ｒ ｎ ｕ ａ ｓ ｕ ｆｃ ｄ ｌ ｈ ｏ ｌｐ ｓｔｏ ｒｖｎ ｉ
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对锥 度刀具 生成多轴数 控加工 刀轨 ， 以满足 型面 特 难 征 复杂模型 的数控雕刻 加工 ． 因此 文 中提 出一 种基 于
依 据 刀 位 驱 动 点 及 其 法 矢 确 定 刀 轴 ， 询 到 查 刀 轴距 离 不 大 于 刀 具 半 径 的 三 角 面 片 ， 将 其 作 并 为 当 前 瞬 时 加 工 区 域 ． 于 瞬 时 加 工 区 域 获 取 效 鉴 率 直接 影 响 刀 位 点 求 解 效 率 ， 中 基 于 三 角 网 格 文
三 角 网格 模 型 多 轴 数控 雕 刻 刀轨 生 成 算 法
摘要 ： 出一种基 于三角网格模型的多轴数控雕 刻刀轨生成 算法， 提 用于解决三 角网格模型的多轴 数控 雕刻 刀轨 的 生成效 率低 、 存在 刀轨 干 涉等 问题 ． 该算 法采 用 Ｒ Ｓ树 动 态 空间 索 引结构 组 织三
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ｂｉ ｔ ｎ ｓ ｉ Ｏ
三角 网格 曲面造 型技 术可 实现基 于产 品外形 采 样 数据 点 云 的曲面模 型快 速精 确重 构 ， 在产 品反求 、
收 稿 日期 ： ０ ０— ８—２ ２１ ０ ８
虚拟 雕刻 … 、 术 品 快 速 仿 制 ３、 雕 没计 等 艺 ｉ浮
领域 得 到广泛 应用 ． 于产 品 角 网格 模 基 接
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成 刀 轨并进 行 数控 雕刻 加工 ， 避 免产 品 Ｃ Ｄ模 可 Ａ
型重 建过程 ， 效 提 高雕 刻 产 品生 产 效 率 及 产 品加 有
工 质量 ．
０， ＝Ｒ Ｒ。 ＝Ｒ —Ｌ ｉ Ａ； 雕 刻 刀 具 为 锥 度 球 刀 ｓ 当 ｎ
时， ＝ ｒ
而 ，
０
对 型面特征 复杂 的雕刻 产 品进 行数 控 雕刻 加 工 时， 刀轨精度要求 高 ， 刀具一 般选 用锥 刀 、 球刀 或 锥度 锥度 牛鼻刀 ， 时受雕 刻 产 品形 状特 征 的 限制 ， 同 需
曲面 动 态索 引 Ｒ Ｓ树 ¨ ¨实 现 瞬 时 加 工 区 域 的 快
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■ 圈 ．４ Ｎｌ ｏ ． 一 ｜
孙殿 柱 ，崔传辉 ， 李延瑞 ， 康新 才
（ 山东理工大学 机械Ｔ程学 院，…东 淄博 ２ ５ ９ ） ５ ０ １
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位计 算 ； 若边 相切 刀位计 算 无效 ， 行顶 点相切 刀位 进 计算 ， 获取 瞬时加 工 区域 的刀位 点集 ， 一步 确定该 进 驱 动点 对应 的无 干涉 刀位 点．
２ １ 刀具瞬 时加 工 区域 的获取 ．
求 交法针对 球刀 的加 工特点 ， 三角 网格模 型 的等 构造 距模 型 ， 其与 刀轨 截 面求 交 ， 并将 获取 多 轴 加工 刀 位 点 ， 方法可 有效 避免 刀轨 干涉 问 题 ， 局 部 等距 模 该 但 型构 建过程 复杂 ， 法 运行 效 率 低 ， 该 方 法不 能 针 算 且
２ 刀 位 点 的计 算
依 据雕 刻模 型 的形 态 合 理 规 划 刀轨 驱 动 点¨
及其 法 矢 ， 据驱 动 点 及其 法矢 获 取 刀 具 瞬 时加 工 根 区域 ， 瞬 时加 工 区域 中各 三 角 面 片首 先 进行 面相 对
切 刀位 计算． 面相切 刀位 计算 无效 ， 若 进行 边 相切 刀
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