【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械加工，具体涉及一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法。
技术介绍
1、在现代制造业中，精密加工技术对于提升产品品质和生产效率至关重要。机器人砂带磨抛作为一种高效、自动化的表面处理方法，被广泛应用于金属、木材、石材等多种材料的表面精加工。然而，实现高精度、高效率的磨抛作业面临着两大核心挑战：一是如何在复杂曲面工件上精准规划磨抛轨迹，确保轨迹紧密贴合工件轮廓，提高加工精度；二是如何有效控制磨抛过程中材料的去除量，实现表面处理的一致性和均匀性，避免过抛导致的尺寸超差和欠抛引起的表面粗糙度问题。
2、现有技术中，三维轨迹规划多依赖于简单的直线或圆弧插补策略，这些方法在处理非规则或高度变化的曲面时难以精确跟随工件轮廓，导致加工精度受限。此外，传统方法在材料去除均匀性调控上主要依赖于人工经验，缺乏科学系统的分析与优化手段，这不仅增加了工艺制定的难度，也影响了加工效率和成品质量的稳定性。
3、特别是在复杂三维曲面的磨抛过程中，如何依据工件的实际几何特征，自适应地调整磨抛轨迹与摆线参数，以实现高效且均匀的材料去除，成为了亟待解决的技术难题。现有的轨迹规划算法往往忽略了工件表面的局部几何特性与磨抛动力学的交互影响，导致难以精确预测和控制磨抛过程中的接触状态与材料去除率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，能够根据工件的实际几何特征，自适应地调整磨
2、本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：
3、一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，包括以下步骤：
4、步骤1：将待抛光工件的模型数据导入cam软件中，获取待抛光工件的三维模型，选取抛光区域，并设置相关的抛光工艺参数；
5、步骤2：根据共形几何理论计算步骤1所选取的抛光区域，将抛光曲面从三维映射转换到二维参数域中，生成二维参数网格模型；
6、步骤3：从步骤2生成的二维参数网格模型中，提取出抛光曲面在二维参数域中的中轴线，并沿中轴线生成平面变半径摆线轨迹；
7、步骤4：将步骤3生成的平面变半径摆线轨迹，逆映射回待抛光工件三维模型所选取的抛光区域中，得到初始步距的三维变半径自适应摆线轨迹；
8、步骤5：建立接触模型，基于步骤4得到的初始步距的三维变半径自适应摆线轨迹，对接触模型进行模拟磨抛过程，计算磨抛材料去除量；
9、步骤6：定量评估磨抛材料去除在整张曲面分布的均匀性，根据步骤5计算的磨抛材料去除量，迭代优化三维变半径自适应摆线轨迹的步距值，使得轨迹分布均匀；
10、步骤7：后置处理获得材料去除均匀的三维摆线轨迹。
11、作为一种优选，步骤2中，采用保角映射算法将抛光曲面从三维映射转换到二维参数域中。
12、作为一种优选，步骤3中，所述提取出抛光曲面在二维参数域中的中轴线，并沿中轴线生成平面变半径摆线轨迹，包括以下步骤：
13、步骤31：对步骤2生成的二维参数网格模型进行delaunay三角剖分处理并生成voronoi图；
14、步骤32：通过voronoi图算法构造出中轴线；
15、步骤33：以步骤32所构造的中轴线为引导线，生成一个周期的二维摆线轨迹，并自适应调节沿中轴线进给的二维摆线轨迹的步距值；
16、步骤34：根据步骤33所计算的自适应的二维摆线轨迹步距，依次生成二维自适应摆线轨迹，填充整个平面参数区域，以获得半径与步距可变的平面变半径摆线轨迹。
17、作为一种优选，步骤33中，所述以步骤32所构造的中轴线为引导线，生成一个周期的二维摆线轨迹，并自适应调节沿中轴线进给的二维摆线轨迹的步距值，选取引导线上的第一个点为一个摆线周期的起始点，根据设置的摆线个数m与摆线步距值s，不断地迭代计算，生成下一个周期的二维摆线轨迹，直至遍历完引导线上的点，具体方法包括以下步骤：
18、步骤331：预设摆线的细分个数m和摆线的初始步距s，将步骤32所构造的中轴线根据s进行细分，一段距离s的中轴线代表一个周期的二维摆线，每个周期的中轴线再根据m进一步地细分，生成平面中轴点集；
19、步骤332：选取步骤331生成的平面中轴点集中的第一个点为计算二维摆线轨迹的起点，根据二维摆线轨迹的数学模型生成二维摆线轨迹。
20、作为一种优选，步骤332中，二维摆线轨迹的数学模型为：
21、x0＝x0+(r0-rt)·cosθt
22、y0＝y0+(r0-rt)·sinθt
23、
24、p0为中轴线上的第一个点，对应的摆线上的点为p0，p0的坐标值已知为(x0,y0)，p0的坐标值(x1,y1)由p0的坐标值计算出，θt为向量与坐标系x轴的夹角，b为点p0在当前周期中所处的位置，r0为当前摆线圆弧半径，rt为刀具半径。
25、作为一种优选，步骤5中，接触模型基于hertz接触理论和preston方程建立，包括以下步骤：
26、步骤51：根据砂带轮和工件的几何尺寸，确定接触几何和弹性参数；
27、步骤52：根据步骤51确定的确定接触几何和弹性参数，通过hertz接触理论计算接触点的接触压力分布；
28、步骤53：利用preston方程，结合步骤52得到的接触压力分布，计算材料去除率；
29、步骤54：利用数值模拟技术，将步骤51-步骤53得到的数据转化为接触模型的数学模型。
30、作为一种优选，步骤54中，接触模型的数学模型为：
31、
32、其中mrr为磨抛轨迹点的材料去除深度，δ为工件与接触轮的接触下压量，为第二类完全椭圆积分，ε(κ)为第一类完全椭圆积分，ec为等效弹性模量，k为椭圆率，p(xe,ye)为椭圆接触区域的接触压力，po为椭圆点的中心压力，ye为当前点y坐标，xe为当前点x坐标，kp为磨损系数，p为接触压力，v为砂带轮和工件的相对速度，为该点的驻留时间，a为椭圆长轴，b为椭圆半轴，a为最大主曲率，b为最小主曲率。
33、作为一种优选，步骤6中，将材料去除方差作为迭代指标，迭代优化三维变半径自适应摆线轨迹的步距值。
34、作为一种优选，步骤6中，迭代逻辑为：设定一个合适的材料去除深度均方差，在较小的步距下逐步增加步距，当材料去除深度均方差达到设定值则停止迭代，否则继续增加步距。
35、作为一种优选，步骤6中，计算材料去除深度均方差的公式为：
36、
37、其中m为材料去除均方差，为平均材料去除深度，qi为三角网格模型每个顶点上的材料去除深度。
38、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
39、1、本专利技术通过提取待抛光工件的三本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤2中，采用保角映射算法将抛光曲面从三维映射转换到二维参数域中。
3.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤3中，所述提取出抛光曲面在二维参数域中的中轴线，并沿中轴线生成平面变半径摆线轨迹，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于：步骤33中，所述以步骤32所构造的中轴线为引导线，生成一个周期的二维摆线轨迹，并自适应调节沿中轴线进给的二维摆线轨迹的步距值，选取引导线上的第一个点为一个摆线周期的起始点，根据设置的摆线个数m与摆线步距值S，不断地迭代计算，生成下一个周期的二维摆线轨迹，直至遍历完引导线上的点，具体方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于
6.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤5中，接触模型基于Hertz接触理论和Preston方程建立，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤54中，接触模型的数学模型为：
8.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤6中，将材料去除方差作为迭代指标，迭代优化三维变半径自适应摆线轨迹的步距值。
9.根据权利要求8所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤6中，迭代逻辑为：设定一个合适的材料去除深度均方差，在较小的步距下逐步增加步距，当材料去除深度均方差达到设定值则停止迭代，否则继续增加步距。
10.根据权利要求9所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于：步骤6中，计算材料去除深度均方差的公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤2中，采用保角映射算法将抛光曲面从三维映射转换到二维参数域中。
3.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于，步骤3中，所述提取出抛光曲面在二维参数域中的中轴线，并沿中轴线生成平面变半径摆线轨迹，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，其特征在于：步骤33中，所述以步骤32所构造的中轴线为引导线，生成一个周期的二维摆线轨迹，并自适应调节沿中轴线进给的二维摆线轨迹的步距值，选取引导线上的第一个点为一个摆线周期的起始点，根据设置的摆线个数m与摆线步距值s，不断地迭代计算，生成下一个周期的二维摆线轨迹，直至遍历完引导线上的点，具体方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种机器人砂带磨抛三维摆线轨迹规划及材料去除均匀性调控方法，...
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