【摘要】 本发明涉及一种五轴数控加工安全最短刀具长度的规划方法，同时分析零件 的可制造性，并规划光顺的刀具路径。首先刀具长度设置一个工艺允许范围内的 最大值，栅格化障碍物和刀位点处刀具回转圆柱面的圆盘，通过显卡的深度测试 和遮挡查询功能获得在参考方向上的的刀具可达性信息和安全最短刀具长度，规 划刀具可达方向锥；然后根据方向连续性约束和加工环境约束计算可行方向锥并 判断可制造性；如果可制造，在可行方向锥中，用动态规划方法规划刀位点序列 的安全最短刀具长度，然后规划光顺的刀具路径。本发明计算效率高、编程实现 简单，可以应用于复杂零件3+2轴数控加工或者五轴联动数控加工的刀具选择和 刀具路径规划。 【专利类型】发明授权 【申请人】上海交通大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】200240上海市闵行区东川路800号 【申请人地区】中国 【申请人城市】上海市 【申请人区县】闵行区 【申请号】CN200810039198.9 【申请日】2008-06-19 【申请年份】2008 【公开公告号】CN100582975C 【公开公告日】2010-01-20 【公开公告年份】2010 【授权公告号】CN100582975C 【授权公告日】2010-01-20 【授权公告年份】2010.0 【IPC分类号】G05B19/4097 【发明人】毕庆贞; 丁汉; 王宇晗; 朱向阳; 朱利民 【主权项内容】1.一种五轴数控加工安全最短刀具长度的规划方法，其特征在于包括如下 步骤： 1)将刀具的回转圆柱面作为刀具的几何模型，设定初始的刀具长度，同时 建立工件及障碍物的几何模型；所述刀具长度指刀柄到刀位点的悬伸量，初始 的刀具长度是工艺允许范围内的一个最大值；所述障碍物包括工件的夹具以及 在工件周围可能与刀具发生干涉的物体；所述工件及障碍物的几何模型是一种 可以栅格化的几何表述形式； 2)用等误差法、截面法或等参数法计算出刀具和工件的接触点，得到刀触 点序列，由刀触点序列、刀具形状来确定用来标识刀具位置的一组刀位点； 3)将高斯球面离散化，确定刀具轴线的离散参考方向；视线方向为离散参 考方向的反方向，将障碍物模型栅格化并进行标准深度测试；将刀具的轴向指 向离散参考方向，依次栅格化刀具回转圆柱面的圆盘并进行深度测试，把深度 测试函数的属性设置为深度值大于或等于当前深度值的栅格点通过测试，并且 关闭深度缓存的写入功能；所述刀具回转圆柱面的圆盘是在垂直于离散参考方 向的平面内，以刀位点为圆心，以刀具回转面圆柱的半径为半径的圆盘面；用 显卡的遮挡查询功能判断圆盘上的可见栅格数目，如果可见栅格数目为零，圆 盘沿视线方向完全可视，否则圆盘为不完全可视；记录刀具回转圆柱面圆盘在 视线方向的完全可视性，以及刀柄处圆盘到障碍物的最短距离；所述刀柄处圆 盘到障碍物的最短距离是通过深度测试以后刀柄圆盘到被刀柄处圆盘覆盖的障 碍物栅格的最短距离；根据刀具回转圆柱面圆盘的完全可视性确定每个刀触点 处刀具在离散参考方向上的可达性；根据刀柄处圆盘到障碍物的最短距离，确 定沿该方向时刀具的安全最短刀具长度；将各个刀触点处刀具可达的离散参考 方向在高斯球面上组成的集合规划为刀具可达方向锥； 4)在刀具可达方向锥中，根据方向连续性约束和加工环境约束计算刀具可 行方向锥；所述加工环境约束包括机床决定的工作行程约束、奇异方向约束和 加工工艺要求；所述方向连续性约束是选择的方向属于当前刀触点处刀具可达 方向锥和相邻两个刀触点处刀具可达方向锥的交集； 5)根据刀具可行方向锥判断工件的可制造性，即用当前刀具沿刀触点序列 加工工件的可行性，如果某个刀触点处的刀具可行方向锥为空，即为不可制造， 则输出不可制造信息，如果所有刀触点处的刀具可行方向锥都非空，即为可制 造； 6)在刀具可行方向锥中，综合刀具方向变化量、刀位点序列的安全最短刀 具长度和工艺要求，用动态规划方法规划得到刀具路径的安全最短刀具长度， 将规划获得的最优策略集合中的刀具方向定义为新的可行方向锥；所述刀具方 向变化量是指沿刀触点序列的所有相邻刀具方向的度量，包括相邻刀具方向在 高斯球面上的度量和在机床工作空间中对应旋转轴运动的度量；所述动态规划 方法中，阶段是刀位点序列中的刀位点，状态变量包括刀位点的可行方向和可 行方向上的安全最短刀具长度，允许决策集合由刀具方向的光顺性和工艺要求 决定，状态转移方程是可行决策中可行刀具长度的最大值，指标函数为刀具安 全长度的最小值； 7)根据新的可行方向锥，沿刀触点序列构造有向图，用最短路径算法优化 刀触点处的刀具方向，得到光顺的刀具路径。 【当前权利人】上海交通大学 【当前专利权人地址】上海市闵行区东川路800号 【统一社会信用代码】1210000042500615X0 【引证次数】5.0 【自引次数】1.0 【他引次数】4.0 【家族引证次数】5.0 【家族被引证次数】31
