一种曲面数控加工中面向nurbs刀具路径的生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及曲线加工领域，尤其涉及一种曲面数控加工中面向NURBS刀具路径的 生成方法。
【背景技术】
[0002] 自由曲线曲面的高性能数控加工是汽车、航空航天等领域中大型复杂制造的关键 技术之一。近年来，随着更多具有先进插补控制模式的数控机床在曲面加工中的广泛应用， 采用NURBS(NonUniformRationalB-spline，非均勾性B样条曲线）刀具路径进行复杂曲 面零件数控加工的优势逐渐显现出来。
[0003] 通常，将包含由直线插补段和NURBS插补段的不同组合来表示的刀具路径称为 NURBS刀具路径。这种NURBS刀具路径常在具有连续变化的较大曲率部分采用NURBS曲线 插补，而在较平坦的表面采用一些直线插补段。这种NURBS刀具路径既保留了直线插补简 单快捷的特点，又满足了曲面高性能数控加工对表面质量和加工平顺性的要求。NURBS刀具 路径不仅可以提高复杂曲面的加工精度和效率，还可以改善加工表面质量、减少后续工序 工作量。
[0004] 对由刀位点表示的刀具路径进行合理分段是样条刀具路径生成的基础，刀具路径 分段质量的优劣直接影响样条曲线刀具路径生成的质量。相关研宄有应用设定刀位点间转 角和点距的阀值来提取适合于样条曲线插补的刀具路径；根据刀位点参数的阈值对刀位点 进行分类，并根据类别提取适合样条插补的刀位点；通过阈值选取用于样条插补的刀位点， 以实现复杂曲面刀位点的分段。
[0005] 这些方法的实现，均需要选取关键参数阀值。而实际加工中，由于曲面形貌的复杂 性，很难以设定一个适合各种型面的具体阈值，从而导致这些分段法的适应性较低。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种曲面数控加工中面向NURBS刀具路径的生成方法，其适 应各种型面的NURBS刀具路径生成，从而在各种曲面的数控加工过程中得到广泛的应用。
[0007] 本发明通过如下技术方案实现：
[0008] 本发明提供一种曲面数控加工中面向NURBS刀具路径的生成方法，其包括：
[0009] 依据各个获取的刀位点并通过层次聚类法获得新类，元素个数为1的类为单元素 类，将类中元素为2个及以上的类为多元素类；
[0010] 根据层次聚类法获得的新类中包含的元素数量，对刀具路径进行分段并确定出各 个分段的连接方式类型以及各个分段之间的边界点；
[0011] 依据这些边界点和连接方式的类型提取出曲线段的刀位点，并根据该刀位点生成 NURBS刀具路径。
[0012] 其中，上述依据各个获取的刀位点并通过层次聚类法获得新类的过程包括：
[0013] 步骤S101，输入多个刀位点；
[0014] 步骤S102,根据输入的刀位点计算并得到相邻刀位点的点距、转角和样本矩阵；
[0015] 步骤S103,对样本矩阵中不同度量方法的点距和转角数据进行标准化，构成新样 本矩阵；
[0016] 步骤S104,用点距或转角的均值和标准差估算聚类次数；
[0017] 步骤S105,利用聚类次数，采用最短距离聚类法对样本矩阵X进行聚类，获取类；
[0018] 步骤S106,根据刀位点连续原则对类中的元素进行重新调整获取新类；将类凡中 元素个数为1的类称为单元素类，将类t中元素个数为2个及以上的类称为多元素类。 [0019] 其中，步骤S106中根据刀位点连续原则对类中的元素进行重新调整获取新类的 过程包括：
[0020] 根据刀位点有序性，对类中刀位点元素进行重新调整；
[0021] 调整可获得一组新类，其调整后聚类结果组为新类。
[0022] 其中，上述根据层次聚类法获得的新类中包含的元素数量，对刀具路径进行分段 并确定出各个分段的连接方式类型以及各个分段之间的边界点的过程包括：
[0023] 由两个单元素类组成的连接为直线段和直线段连接，即第I型连接；其之间的连 接点为第I型分界点；
[0024] 由单元素类和多元素类组成为直线段和曲线段连接，即第II型连接点；其之间的 连接点为第II型分界点；
[0025] 由多元素类和单元素类组成为曲线段和直线段连接，即第III型连接；其之间的 连接点为第III型分界点；
[0026] 由多元素类和多元素类组成为曲线段和曲线段连接，即第IV型连接，其之间的连 接点为第IV型分界点。
[0027] 由上述本发明的技术方案可以看出，本发明应用聚类方法对由刀位点表示的刀具 路径之间的连接方式和边界点进行分类，在此基础上，通过判断边界点的类型，以此来提取 合适的刀位点段以进行NURBS刀具路径的生成，因此本发明能够达到高效并自动分段的目 的，满足各种型面的NURBS刀具路径分段的需求，从而在各种曲面的数控加工过程中得到 广泛的应用。
【附图说明】
[0028] 图1是平面轮廓加工实例中刀具路径中构成元素的组成图；
[0029] 图2a是直线段或曲线段刀具路径的第I型连接方式；
[0030] 图2b是直线段或曲线段刀具路径的第II型连接方式；
[0031] 图2c是直线段或曲线段刀具路径的第III型连接方式；
[0032] 图2d是直线段或曲线段刀具路径的第IV型连接方式；
[0033] 图3是本发明的实施流程图。
【具体实施方式】
[0034] 为使本发明更为清晰，下面结合附图对本发明进行详细地说明。
[0035] 在实施本发明之前，本申请人根据刀具路径的特点，以如图1所示的平面轮廓加 工为例，对刀具路径的构成元素进行分析：
[0036] 如图1所示的平面轮廓加工中，零件轮廓由曲线Q、直线L2和曲线L3组成，曲线 U与直线L2相切，直线L2与曲线L3相切。图1中的虚线为理想曲线刀具路径，实线折