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原文传递一种圆盘锯粗加工三维异型石材的锯切方法

专利名称：	一种圆盘锯粗加工三维异型石材的锯切方法
摘要：	本发明涉及一种圆盘锯粗加工三维异型石材的锯切方法，尤其是一种圆盘锯在异型石材数控粗加工阶段提高材料去除效率的方法；本发明方法分析并建立圆盘锯数控粗加工锯切过程动态模型，在STL点云数据的基础上，通过最大材料去除深度搜索算法和二叉空间分割算法，计算切削点和锯切平面法向量得到锯切平面，进行刀具路径规划，提高三维异型石材数控粗加工材料去除效率，从而为石材等难加工材料提供一种高效的粗加工方法，实现异型石材自动化的高效数控粗加工过程。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	福建;35
申请人：	华侨大学
发明人：	邵辉;钱平;兰欣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910333630.3
公开号：	CN109910180A
代理机构：	厦门市首创君合专利事务所有限公司
代理人：	张松亭;李艾华
分类号：	B28D1/04(2006.01);B;B28;B28D;B28D1
申请人地址：	362000 福建省泉州市丰泽区城东城华北路269号
主权项：	1.一种圆盘锯粗加工三维异型石材的锯切方法，包括：步骤1，获取加工目标图形表面点云数据信息从STL文件中获得加工目标图形表面点云数据，包括表面数据点的三维坐标，存为点集Pobjs＝{Pobjs1,Pobjs2,...,Pobjsn}；步骤2，处理加工目标图形表面数据点因STL文件以三角面片形式存储数据，表面数据点集Pobjs存在重复冗余数据点，通过循环搜索去掉点集Pobjs中重复冗余的数据点，得到处理后的表面数据点集Pobj＝{Pobj1,Pobj2,...,Pobjm}，完成数据处理；步骤3，给定初始毛坯工件根据加工目标图形尺寸，给定适当的初始毛坯工件，所述初始毛坯工件的长度为Lx，宽度为Ly，厚度为Lz；步骤4，表示凸多面体粗加工过程中工件的动态凸多面体模型采用多面体的三维建模方法描述，所述三维建模方法为边界表示法B-rep，具体为用点、线和面来描述多面体模型的基本信息；其中顶点集和边界面集相关定义如下：顶点集Pbp：工件多面体H所有的顶点构成顶点集Pbp＝{Pbp1,Pbp1,...,Pbpk}；边界面集F(H)：工件多面体H所有的边界面构成边界面集F(H)，边界面集F(H)界定实体的边界，确定实体空间范围，边界面由其平面方程和边界顶点唯一确定；按照体-边界面-顶点的层次，描述构成实体的几何元素的信息以及其相互之间的拓扑关系，并构建顶点表和边界面表；步骤5，采用最大材料去除深度搜索算法计算圆盘锯锯切平面为获取最大材料去除深度锯切平面，取工件顶点集Pbp＝{Pbp1,Pbp2,...,Pbpk}到加工目标图形表面数据点集Pobj的最短距离集合为D＝{D1,D2,...,Dk}，获取其中最大值Dmax，对应得到目标图形表面数据点Pci及工件顶点Pouti，构成矢量，以其作为锯切平面的正法向量，反之，为负法向量；Pci为锯切平面上的一点，得到锯切平面πci，锯切平面πci的平面方程表示为： Ac·x+Bc·y+Cc·z+Dc＝0 (1) 其中，Ac、Bc、Cc、Dc为锯切平面方程系数；对于Dmax存在多个相同值的情况，分别得到其对应目标图形表面数据点的Pcj、工件顶点Poutj、锯切平面πcj及其平面方程，从而得到锯切平面集πc＝{πci,πcj}，用以逐次锯切；步骤6，更新锯切过程中工件凸多面体自动化粗加工锯切过程中，工件由初始毛坯工件动态变化为凸多面体工件，每次锯切的工件多面体模型的顶点及边界面更新如下： 61)获取工件切除部分顶点Pbpout：将所有工件顶点Pbp带入锯切平面方程，采用二叉空间分割算法，如下：如果f>0，则该工件顶点判断为工件被锯切去除部分的顶点Pbpout；否则，该工件顶点判断为工件剩余顶点。 62)计算锯切平面与工件的交点：利用Pbpout结合步骤4构建的顶点表和边界面表搜索得到求交平面集πout；πout为Pbpout所在工件边界面的集合，将πout中所有相邻的两个边界面分别与锯切平面πc求交，如下：其中，AT1、BT1、CT1、DT1，AT2、BT2、CT2、DT2分别为πout中两个相邻边界面的平面方程系数；求解方程(3)，判断其解是否在工件边界约束之内，满足约束的解即为锯切平面与工件的交点，并存入交点集Pnew； 63)更新数据结构：利用交点集Pnew更新工件顶点集合Pbp，并去掉其中被锯切去除部分的工件顶点Pbpout；将锯切平面πc更新到工件的边界面集F(H)，根据边界表示法的规则，实现工件动态凸多面体表示；步骤7，锯切加工设置合适的圆盘锯直径按步骤5所得锯切平面设置圆盘锯姿态，由交点集Pnew寻找z坐标最大的交点Pnewm作为下刀点Pcp；若同时存在两个交点有相同的最大z坐标Pnew1(xnew1,ynew1,znew1)和Pnew2(xnew2,ynew2,znew2)，则取其两交点连线的中点Pmean((xnew1+xnew2)/2,(ynew1+ynew2)/2,znew)作为下刀点Pcp，实现锯切，并计算每次锯切的锯切深度di；步骤8，计算材料去除量与锯切时间计算圆盘锯每次锯切去除的工件材料体积，采用凸包顶点算法计算其体积，进而得到总材料去除量dH；计算完成一定精度粗加工时的锯切时间Tw，如下： Tw＝d/va (4) 其中，d表示完成粗加工时的总锯切深度，va表示锯切进给速度； d的获取方式如下：其中，k表示完成粗加工过程的锯切次数。
所属类别：	发明专利