一种刀具刃口三维模型构建方法

xiaoxiao2020-7-22  5

一种刀具刃口三维模型构建方法
【专利摘要】本发明涉及一种刀具刃口三维模型构建方法,先针对被测刀具表面进行清洗预处理操作;然后对被测刀具进行截面划分、测量,并分别获取各截面轮廓上各点在预设三维坐标系中对应坐标方向上的数值,然后选取插值点,并获取插值点的三维坐标,接着采用迭代方式,获取用于绘制被测刀具刃口三维模型的数个目标点三维坐标数据,最后绘制出被测刀具刃口的三维模型;本发明针对刀具刃口,采用基于分形插值的方法对刀具刃口曲面进行构建,能够有效提高刀具刃口三维构建的速度和精准性,为微细切削加工中刃口效应研究提供了准确的刀具模型,提高了仿真精度。
【专利说明】一种刀具刃口三维模型构建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刀具刃口三维模型构建方法。
【背景技术】
[0002]普通切削加工时切削厚度和进给量较大,切削刃钝圆半径远远小于切削厚度和进给量,可以不考虑切削刃钝圆的切削作用。这时的切削过程主要受工件材料本身晶体结构、位错缺陷的密度及其分布规律的影响,此时刀具切削刃的锋利对切削过程及表面质量的影响不是很明显。当切削深度减小到微米级别的时候,刀具切削刃钝圆半径有时候接近甚至是比切削深度还要大,关于刀具完全锋利的假设不再有效。此时切削刃刃口钝圆半径将明显影响切削变形、已加工表面粗糙度和波纹度,切削刃钝圆对微细切削加工过程的影响将不能被忽略。因此微细切削过程中的刀具刃口效应成为研究热点,有限元数值分析方法是进行微细切削中刀具刃口效应研究的有效方法,应用十分广泛。但相关研究结果经常出现偏差或完全相反,这其中一个重要原因在于对刀具刃口三维建模时采用光滑的圆弧面表示,忽略了刃口微观形貌对加工过程的影响。因此要准确评价微细加工中刀具刃口效应,必须对刀具刃口曲面进行精准化三维构建。
[0003]刀具刃口曲面的构建建立在刃口精密三维测量的基础上,目前常用的测量方式有接触式和非接触式两类。基于现有三维测量方式的刃口构建均需要扫描整个刃口曲面,接触式扫描方式效率较低,精度受到探针大小、接触磨损等诸多因素影响;非接触式精密测量虽然扫描速度较快,但观测视野有限,需不断调整被测刀具位置再通过数据拼接才能完成整个刃口测量,整体 效率也不高。

【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分形插值,以提高刀具刃口三维构建速度和精准性的刀具刃口三维模型构建方法。
[0005]本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种刀具刃口三维模型构建方法,包括如下方法:
[0006]步骤01.针对被测刀具表面进行清洗预处理操作;
[0007]步骤02.将被测刀具按预设角度固定设置在预设三维坐标系中;沿与被测刀具刃口方向相垂直的方向,将被测刀具等距划分为数个截面,分别对各个截面轮廓进行扫描,分别获取各个截面刃口轮廓上数个点在预设三维坐标系中对应ζ坐标方向上的数值;
[0008]步骤03.针对获取的各个截面刃口轮廓上各点对应ζ坐标方向上的数值进行去噪处理,然后分别针对各个截面,从刃口轮廓上各点中选取相同数个插值点,并获得各个插值点的三维坐标;
[0009]步骤04.针对插值点构建迭代函数系如下:
[0010]Wnm(x, y, ζ) = (Φη(χ), Ψ^y), Fn;m(x, y, ζ))
[0011]其中,(η = 1,2,…,N;m = 1,2, - ,Μ) ;Μ为所划分的截面数量;N为各个截面上刃口轮廓上选取插值点的数量;Φη(χ) = anx+bn表示插值点在X坐标方向上的压缩变换,Wm(y) = cmy+dm分别表示插值点在y坐标方向上的压缩变换,Fn,m(x, y, ζ)=en,m+fn,my+gn,mXy+ Q n,mZ+kn,m表示插值点在I坐标方向上的压缩变换;其中各个系数由下式求得:
[0012]
【权利要求】
1.一种刀具刃口三维模型构建方法,其特征在于,包括如下方法: 步骤01.针对被测刀具表面进行清洗预处理操作; 步骤02.将被测刀具按预设角度固定设置在预设三维坐标系中;沿与被测刀具刃口方向相垂直的方向,将被测刀具等距划分为数个截面,分别对各个截面轮廓进行扫描,分别获取各个截面刃口轮廓上数个点在预设三维坐标系中对应z坐标方向上的数值; 步骤03.针对获取的各个截面刃口轮廓上各点对应z坐标方向上的数值进行去噪处理,然后分别针对各个截面,从刃口轮廓上各点中选取相同数个插值点,并获得各个插值点的三维坐标; 步骤04.针对插值点构建迭代函数系如下:
Wnm(x, y, z) = (Φη(χ), Ψ^y), Fn;m(x, y, ζ)) 其中,(η = 1,2,-,N;m= 1,2, - ,Μ) ;Μ为所划分的截面数量;N为各个截面上刃口轮廓上选取插值点的数量;Φη(χ) = anx+bn表示插值点在X坐标方向上的压缩变换,Wm (y) = cmy+dm分别表示插值点在y坐标方向上的压缩变换,Fn m (x, y, z)=en,m+fn,my+gn,mXy+ Q n,mZ+kn,m表示插值点在I坐标方向上的压缩变换;其中各个系数由下式求得:
2.根据权利要求1所述一种刀具刃口三维模型构建方法,其特征在于:所述步骤01中,将被测刀具放入超声振动清洗池中进行清洗预处理操作,且操作时间不少于10分钟。
3.根据权利要求1所述一种刀具刃口三维模型构建方法,其特征在于:所述步骤02中具体包括如下过程: 将被测刀具固定安装在激光共焦显微镜测量平台上,将激光共焦显微镜的测量平台设置在预设三维坐标系中,针对所述沿与被测刀具刃口方向相垂直方向上的各个截面轮廓,采用激光共焦线扫描,分别获取各个截面刃口轮廓上各点在预设三维坐标系中对应ζ坐标方向上的数值。
4.根据权利要求1所述一种刀具刃口三维模型构建方法,其特征在于:所述步骤03中,针对获取得各个截面刃口轮廓上各点对应ζ坐标方向上的数值进行去噪处理包括如下过程:分别指定被测刀具两面的截线作为上下阈值界线,依次针对各个截面刃口轮廓上各点对应Z坐标方向上的数值与上下阈值界线对应Z坐标方向上的数值进行比较,针对位于上下阈值界线之外的点按照如下公式重新赋予新的对应Z坐标方向上的数值,
5.根据权利要求1所述一种刀具刃口三维模型构建方法,其特征在于:所述步骤03中,分别针对各个截面,从刃口轮廓上各点中选取数个等间距的插值点。
6.根据权利要求1所述一种刀具刃口三维模型构建方法,其特征在于:所述步骤05中,根据所述各个目标点三维坐标数据,采用Matlab软件绘制出被测刀具刃口的三维模型。
【文档编号】G06T17/00GK103927786SQ201410179182
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】宋树权 申请人:盐城工学院

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