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龙图腾网获悉苏州科技大学申请的专利自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116974237B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310065991.0，技术领域涉及：G05B19/19；该发明授权自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法是由刘威;王天力;范吕阳;李鹏飞;张子煜;康嘉设计研发完成，并于2023-01-16向国家知识产权局提交的专利申请。

本自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法，首先导入待加工的自由曲面模型，设置加工刀具、残留高度最大允许值等信息；然后对当前行刀轨刀位点构造局部坐标系，运用求交法在曲面模型上获取残留高度点计算相关的曲线段，运用迭代法在刀具轮廓上计算出残留高度点；对残留高度点构造出局部坐标系，计算残留高度刀位点的坐标初值，根据刀位点与曲面模型之间的距离迭代计算出下一行等残留高度刀位点。通过上述方式，本发明提供了一种自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法，无需对曲面进行等距，实现了对自由曲面直接、高效计算等残留高度刀轨。

本发明授权自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法在权利要求书中公布了：1.一种自由曲面三轴数控加工等残留高度刀轨生成方法，其特征在于，包括以下具体步骤： 步骤1、输入需要加工的自由曲面模型和加工参数，计算首行刀位点集合； 设曲线初始刀具路径为，为自由曲面最长边的曲线，对其进行等误差刀轨生成，进而获得刀触点集合，对每个刀触点运用k邻近法计算出法矢，按照式1计算出首行刀位点集合； 1 步骤2、对刀位点构造局部坐标系； 设第行刀位点集合为，，以为原点创建局部坐标系，令向量为轴正方向，法平面即为坐标平面，与全局坐标平面的交线作为轴，最后以右手法则确定轴；设、、轴单位向量分别为、、，可由式2求出； 2 任意一点在局部坐标系下坐标可由式3求出； 3 步骤3、获得进给方向法平面上的局部自由曲线段； 设平面与自由曲面相交于曲线，因为残留高度点在行距方向上，故在局部坐标系中，的取值应在正方向上，即满足，其中对应正方向上的点，对应以点为圆心，半径为的圆与曲线的交点； 步骤4、迭代计算出残留高度点； 步骤4.1、获取局部自由曲线段上的离散特征点集；设曲线段上的参数区域为，和分别为其区间端点和在自由曲线上的参数，为此流程的迭代次数，其初始离散次数为，即此时参数区域的端点对应为首点和终点，利用式4计算获得曲线段的离散特征点集,其中； 4 为其对应点在自由曲线的参数，可由式5计算获得； 5 为在区间中的位置系数，分别为首末点系数、，中间参数点的系数，两个黄金分割点的系数、，首次离散特征点集； 步骤4.2、获取离散特征点集对应的残留高度点；以离散特征点集中各点为圆心，残留高度最大允许值为半径作圆，与刀具圆交于；假设点集中的一点为，其对应残留高度点的坐标为，利用式6计算获得交点坐标； 6 对于计算出的两个交点和，若，则点作为离散特征点的残留高度点加入点集，否则点作为离散特征点的残留高度点加入点集，并根据式7计算出点集中横坐标中最大的点作为等残留高度点； 7 步骤4.3、判断等残留高度点是否满足要求；以等残留高度点为圆心，分别以残留高度最大允许值和最小允许值为半径作同心圆；根据步骤4.2分析获得，同心圆与自由曲线相交，其中同心圆外圆交点中必有一点在离散特征点集中，当且仅当同心圆的外圆与自由曲线相交，内圆与自由曲线相离时，残留高度点为目标等残留高度点，转到步骤4.4，否则不满足等残留精度要求，且此时同心圆外圆与自由曲线相交两点，两点分别记为和；获取此时和的坐标，以两点之间的曲线段作为下一次局部自由曲线区域返回步骤4.1中，若此时其中一点，且由于同心圆处于圆内部，故其处于的负方向上，因此将端点作为迭代区域的左端点计算，即； 步骤4.4、对残留高度点构造局部坐标系；以上流程可获得等残留高度点的局部坐标，其全局坐标可由式8求出； 8 步骤5、对残留高度点构造局部坐标系； 设第行残留高度点集合为，，以为原点创建局部坐标系，令向量为轴正方向，法平面即为坐标平面，与全局坐标平面的交线作为轴，最后以右手法则确定轴，求出、、轴的单位向量、、，以及在局部坐标系下的点坐标； 步骤6、设置等残留高度刀位点的坐标初值； 步骤6.1、选取等残留高度刀位点初值所在区域；获取平面和自由曲面的交线，以残留高度点为圆心，为半径，构建圆，其满足，由于刀位点为刀具圆的圆心，刀具圆经过残留高度点，且位于正方向上，故刀位点必定处于圆上的一段圆弧上，即，其中代表圆上任意一点对应的与正方向的逆时针夹角，区域端点和分别为局部坐标系中坐标和的点； 步骤6.2、获取刀位点初值所在区域；已知刀位点初值位于圆弧上，其角度范围为，且圆弧的两个端点为和，初次循环时，； 步骤6.3、获取圆弧区域上的离散特征点集；圆弧区域的离散特征点集为可由式9求出，； 9 其中为对应的与正方向的逆时针夹角，可由式10计算获得； 10 为在区间中的位置系数，分别为首末点的系数、，中点参数点的系数，两个黄金分割点的系数、； 步骤6.4、判断离散特征点集中的点是否满足精度要求；在点集中，和对应的两点为边界点，在迭代过程中分别为上次循环中与曲线完全相交和完全相离的刀具圆的圆心，故迭代过程中不参与计算，只讨论，从依次开始，以为圆心，分别以刀具半径和精度半径为半径，为用户给定半径精度，作同心刀具圆，直到满足的同心刀具圆的内外圆与曲线相离；此时将和作为下次迭代时圆弧区域的边界点，重新记为点和，转步骤6.2；记同心刀具圆的外圆与曲线相交而内圆与之相离则可视为相切，满足精度要求，即获得想要的等残留高度刀位点初值，其对应切点为，若此时同心圆的外圆与曲线相交于两点和，切点为连线的中垂线与自由曲线的交点； 步骤7、迭代计算出等残留高度刀位点； 步骤7.1、获得初始刀位点以及相交曲面上已知点；假设刀具在初始刀位点处与自由曲面发生相交现象，根据2.1节内容可得相交曲面上存在已知点即为切点； 步骤7.2、获取相交曲面已知点的初始离散方向；根据式11获取相交曲面上已知点的，参数和，分别在参数方向，，和上增加参数增量，由式11和12可计算获得四个新的点； 11 12 按，，和方向顺序构成点集，为局部曲面离散次数，，计算点集中各点到刀具刀位点的距离集，其中最小距离为由式13计算获得； 13 其对应点记为最小距离点，初始离散方向根据最小距离点对应的取值获得，若此时最小距离点所对应，则初始离散次数，初始离散方向为方向，否则时，初始离散次数，初始离散方向为方向； 步骤7.3、对参数方向上进行特征点离散；因为对参数方向上进行特征点离散，故离散次数；假设此时参数方向为参数方向，且过最小距离点的曲线与相交曲面边界相交于和，根据式11计算获得曲线段对应的新参数区域为，其中最小距离点在初次离散时为，根据式14对参数区域进行特征点离散； 14 其点集为，，其中为点在刀触点轨迹线上的参数，可由式15计算获得； 15 为在区间中的位置系数，分别为首末点的系数、，三个四等分参数点的系数、、，两个黄金分割点的系数、，并计算离散特征点集中各特征点到刀具刀位点之间距离，根据式13计算得最小距离为，最小距离点为，若参数方向为参数方向，与参数方向计算流程一致； 步骤7.4、判断最小距离点的精度是否满足要求；若且时，则最小距离点可记为此时相交曲面到刀位点的最小距离点，最小距离为，否则最小距离点精度不满足要求，假设离散方向和离散次数相关，当离散次数为奇数时，离散方向为方向，反之离散次数为偶数时，离散方向为则为方向，则根据离散次数重新获得离散方向，返回步骤7.3； 步骤7.5、判断曲面最小距离点的残留精度是否满足要求；若曲面最小距离点满足残留高度精度要求，即，说明此时等残留高度刀位点即为目标等残留高度刀位点转步骤7.7，否则最小距离点不满足残留精度要求，继续进行迭代； 步骤7.6、根据曲面最小距离点重新获得等残留高度刀位点；为方便计算选取局部坐标系，首先在平面上，以残留高度点为圆心，为半径作圆，同时以最小距离点为球心，为半径作球，此时圆与球相交于两点，记的局部坐标为，下一等残留高度刀位点为，可由式16计算获得两点、，若，以点作为下一行等残留高度刀位点，否则，以点作为下一行等残留高度刀位点，曲面最小距离点即为已知点转入步骤7.2； 16 步骤7.7、获得想要的等残留高度刀位点；利用以上方法即可获得等残留高度刀位点，计算出的坐标是位于中的局部坐标，将单位向量和代入式8可计算出的全局坐标； 以上计算步骤中，步骤2~4为残留高度点计算流程，步骤5~7为等残留高度刀位点计算流程；对当前行刀位点集合可由以上步骤求出相邻行等残留高度刀位点集合，以此类推，可完成所有行等残留高度刀位点的计算，最后所有刀位点组成了自由曲面完整的等残留高度刀轨。

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