形状不规则区域的铣削轨迹生成方法技术

本发明专利技术提供了一种形状不规则区域的铣削轨迹生成方法，将铣削加工中残留的形状不规则区域，分为软边界和硬边界，包括如下：沿硬边界走一刀，保证处理软边界时不会与硬边界发生干涉；将软边界网格化，根据遍历所有网格的路线生成走刀轨迹。采用主元分析法确定软边界的第一主元，生成旋转矩阵，以达到旋转软边界区域使其占用最少网格的目的；旋转完边界后，上下左右平移软边界，找到包容该软边界区域的最小网格数，并在该情况下对该软边界进行网格划分，记录下所有需要的加工网格区域。所述网格的宽度为切宽。本发明专利技术根据软边界与硬边界数据，结合切宽等工艺参数，规划出去除不规则形状区域的刀具铣削轨迹，提高数控加工的效率。

【技术实现步骤摘要】
形状不规则区域的铣削轨迹生成方法
本专利技术涉及铣削加工领域，具体地，涉及一种形状不规则区域的铣削轨迹生成方法。
技术介绍
在铣削过程中，常常会残留形状不规则的区域需要后续工序进行处理。而在处理这类问题时，会将这些区域的边界分为两类，一类是软边界，这种边界铣刀是可以穿越的，例如图1中虚线所示的边界，软边界围成的区域都是需要去除的形状不规则区域；而另一类是硬边界，这种边界铣刀是不可以穿越的，例如图1中实线所示的边界，这类边界是零件加工中要求保留的边界，其形状不能被破坏。目前，在处理这类问题时，如果使用手动方式进行去除，效率较低；但如果使用数控方式进行去除，就存在着刀具轨迹规划的问题。如果规划不当，会使刀具和硬边界产生干涉，或者是软边界去除不干净等情况的发生。目前国内还没有一套成熟的方法解决此类问题。因此，需要提出一种刀具轨迹的优化方法，针对这类问题规划出一套比较优化的刀具轨迹。经过对现有技术的检索，发现申请号为201210451978.0，专利技术名称为一种不规则形状钢部件的成形方法，该专利技术属于机械加工
采用铸造的方法，加工出坯料，然后采用热机械加工的方法，分别将坯料加工成坯材，然后采用排布、叠层、堆垛的方法将坯材放入热等静压包套中，经过封边焊、真空封装后支撑预制坯，将预制坯放入到热等静压炉中进行扩散连接，然后将包套去除，制备出不规则形状的钢部件。本专利技术方法可以用于制备各种合金成分、各种形状的高性能结构件，而且不需要大型的热机械加工设备，具有效率高和成本低的优点，适用于制备各种高强钢结构。但是该专利技术过程复杂，成本较高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种形状不规则区域的铣削轨迹生成方法。根据本专利技术提供的形状不规则区域的铣削轨迹生成方法，将铣削加工中残留的形状不规则区域，分为软边界和硬边界，包括如下步骤：步骤1：沿硬边界走刀，保证处理软边界时不会与硬边界发生干涉；步骤2：将软边界网格化，根据遍历所有网格的路线生成走刀轨迹。优选地，所述网格的宽度为刀具的切宽。优选地，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：采用主元分析法确定软边界加工区域的第一主元方向并生成旋转矩阵；步骤2.2：将软边界网格化，旋转软边界并将软边界上下左右平移使软边界的加工区域占用最小网格数；步骤2.3：使用扫描线方法扫描网格，并记录每条扫描线的端点网格，同一条扫描线的两个端点网格为一组构成图结构；将第一条扫描线与最后一条扫描线的端点网格作为软边界的备选的加工起点或加工终点；步骤2.4：选取加工起点，针对图结构采用最短路径法按顺序遍历所有端点网格，从而生成遍历所有需要加工网格的走刀轨迹；步骤2.5：对不同软边界的加工区域采用最短路径法按顺序遍历所有的加工区域直至所有软边界的加工区域的加工轨迹生成。优选地，所述步骤2.1具体为：用主元分析法对软边界的控制点进行分析，得到软边界的第一主元方向，即得到第一主元方向的单位向量(m，n)，根据建立旋转矩阵ROT：对于软边界加工区域中加工坐标系中的点(X，Y)，令(PX，PY)＝(X，Y)×ROT得到以(m，n)方向为坐标轴的主元坐标系下软边界上加工区域点的坐标(PX，PY)，θ为第一主元方向与加工坐标系中X轴的夹角。优选地，所述步骤2.2具体为：在主元坐标系下，将软边界上的点(PXi，PYi)中，i为自然数，第一个点的坐标(PX0，PY0)设为(0，0)，设网格宽度为刀具的切宽b，初始网格数N0＝1,设此时点(PX0，PY0)所在网格的网格坐标(e，f)为(0，0)，Dx为依次累加在软边界上下一个点的坐标与上一个点的坐标在X轴方向的距离dx，Dy为依次累加在软边界上下一个点的坐标与上一个点的坐标在Y轴方向的距离dy，则Dx＝∑dxDy＝∑dy每当Dx>b时，则下一个点位于与当前网格相邻的右方网格内,此时令网格坐标的横坐标e＝e+1，网格数N＝N+1,同时令X方向累加器Dx＝Dx-b,继续累加后续点；每当Dx<0时，则下一个点位于与当前网格相邻的左方网格内，此时令网格坐标的横坐标e＝e-1，网格数N＝N+1，同时令X方向累加器Dx＝Dx+b，继续累加后续点；同理，每当Dy>b时，则下一个点位于与当前网格相邻的上方网格内，此时令网格坐标的纵坐标f＝f+1，网格数N＝N+1，同时令Y方向累加器Dy＝Dy-b，继续累加后续点；每当Dy<0时，则下一个点位于与当前网格相邻的下方网格内，此时令网格坐标的纵坐标f＝f-1，网格数N＝N+1，同时令Y方向累加器Dy＝Dy+b，继续累加后续点；直到软边界上所有点累加完成同时记录软边界上的点所占用的网格，即网格总量；改变第一个点在主元坐标系下的坐标(PX0，PY0)，让第一个点在0≤PX0≤b，0≤PY0≤b范围内变化，当找到软边界的加工区域占用网格总量最小时，完成该加工区域的网格划分；在主元坐标系下，将边界网格的坐标按公式转化成网格坐标(NPx，NPy)，然后令(Nx，Ny)＝(NPx，NPy)×ROT′得到加工坐标系下软边界的网格坐标(Nx，Ny)。优选地，所述步骤2.3具体为：对于软边界加工区域的边界网格，以平行于第一主元方向(m，n)的扫描线扫描网格，与每条扫描线相交的边界网格为端点网格，并将端点网格按照扫面线顺序排序，记为(NPxi，NPyi)(i＝1、2、3...)，其中同一条扫描线的两个端点网格为一组构成图结构；选取第一条扫描线和最后一条扫描线的四个端点网格，即(NPx1，NPy1)、(NPx2，NPy2)、(NPxn，NPyn)、(NPxn-1，NPyn-1)作为备选的加工起点或加工终点，n为边界网格数。优选地，所述步骤2.4具体为：任意选取加工起始点，对图结构之间采用最短路径算法求出遍历所有需要加工的网格的路径，生成该区域的加工路径，并记录终点坐标。优选地，所述步骤2.5具体为：在一个加工区域的加工终点处对剩余加工区域的备选加工起点进行距离计算，选取最短路径跳到下一加工区域，直至所有加工区域的加工轨迹生成。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术根据软边界与硬边界数据，结合切宽等工艺参数，规划出去除不规则形状区域的刀具铣削轨迹，提高数控加工的效率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中形状不规则区域铣削加工的示意图；图2为本专利技术中形状不规则区硬边界处理完之后的示意图；图3为本专利技术中网格化软边界之后的示意图；图4为本专利技术中各个软边界区域可能加工起点和终点分布图；图5为本专利技术中软边界加工区域可能加工路径示意图；图6为本专利技术中针对软边界生成的刀具轨迹示意图；图7为本专利技术中轨迹生成方法的流程图。图中：1为硬边界；2为软边界；3为处理后的硬边界；4为加工起点；5为加工轨迹。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本实例中，如图1、图2、图3、图4、图5、图6以及图7所示，本专利技术提供的形状不规则区域的铣削轨迹生成方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形状不规则区域的铣削轨迹生成方法，将铣削加工中残留的形状不规则区域，分为软边界和硬边界，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：沿硬边界走刀，保证处理软边界时不会与硬边界发生干涉；步骤2：将软边界网格化，根据遍历所有网格的路线生成走刀轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种形状不规则区域的铣削轨迹生成方法，将铣削加工中残留的形状不规则区域，分为软边界和硬边界，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：沿硬边界走刀，保证处理软边界时不会与硬边界发生干涉；步骤2：将软边界网格化，根据遍历所有网格的路线生成走刀轨迹；所述网格的宽度为刀具的切宽所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：采用主元分析法确定软边界加工区域的第一主元方向并生成旋转矩阵；步骤2.2：将软边界网格化，旋转软边界并将软边界上下左右平移使软边界的加工区域占用最小网格数；步骤2.3：使用扫描线方法扫描网格，并记录每条扫描线的端点网格，同一条扫描线的两个端点网格为一组构成图结构；将第一条扫描线与最后一条扫描线的端点网格作为软边界的备选的加工起点或加工终点；步骤2.4：选取加工起点，针对图结构采用最短路径法按顺序遍历所有端点网格，从而生成遍历所有需要加工网格的走刀轨迹；步骤2.5：对不同软边界的加工区域采用最短路径法按顺序遍历所有的加工区域直至所有软边界的加工区域的加工轨迹生成。2.根据权利要求1所述的形状不规则区域的铣削轨迹生成方法，其特征在于，所述步骤2.1具体为：用主元分析法对软边界的控制点进行分析，得到软边界的第一主元方向，即得到第一主元方向的单位向量(m，n)，根据建立旋转矩阵ROT：对于软边界加工区域中加工坐标系中的点(X，Y)，令(PX，PY)＝(X，Y)×ROT得到以(m，n)方向为坐标轴的主元坐标系下软边界上加工区域点的坐标(PX，PY)，θ为第一主元方向与加工坐标系中X轴的夹角。3.根据权利要求1所述的形状不规则区域的铣削轨迹生成方法，其特征在于，所述步骤2.2具体为：在主元坐标系下，将软边界上的点(PXi，PYi)中，i为自然数，第一个点的坐标(PX0，PY0)设为(0，0)，设网格宽度为刀具的切宽b，初始网格数N0＝1,设此时点(PX0，PY0)所在网格的网格坐标(e，f)为(0，0)，Dx为依次累加在软边界上下一个点的坐标与上一个点的坐标在X轴方向的距离dx，Dy为依次累加在软边界上下一个点的坐标与上一个点的坐标在Y轴方向的距离dy，则Dx＝∑dxDy＝∑dy每当Dx>b时，则下一个点位于与当前网格相邻的右方网格内,此时令网格坐标的横坐标e＝e+1，网格数N＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕庆贞，胡晔晖，初宏震，沈力华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31