ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2018-4-62-72ipolytech-68Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEАЛГОРИТМ РАЗБИЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ СВОБОДНОЙ ФОРМЫ ПО ЗНАЧЕНИЯМ КРИВИЗНЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУAN ALGORITHM FOR FREE FORM SURFACE PARTITIONING BASED ON SURFACE CURVATURE VALUES UNDER CONTROL PROGRAM DEVELOPMENT FOR CNC MACHINE-TOOLSПономаревБ. Б.PonomarevB. B.pusw@istu.eduНгуен ШиХ.Nguyen SyH.syhiendk35@gmail.comИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2018150920202246272Copyright © Пономарев Б.Б., Нгуен Ши Х., 20202020Пономарев Б.Б., Нгуен Ши Х.Ponomarev B.B., Nguyen Sy H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/68

ЦЕЛЬ. Разработать алгоритм разбиения поверхностей свободной формы на локальные области (отдельные участки), построения границ между этими областями и подготовки исходных данных для формирования оптимального технологического процесса механической обработки и подготовки управляющих программ формообразования таких поверхностей. МЕТОДЫ. Разбиение выполняется на основе средней и гауссовой кривизны в точках поверхности свободной формы. В качестве исходных данных для проведения анализа геометрии участков поверхности предложено использовать координаты узлов сетки ее 3D модели или данные для построения NURBS поверхности. Для разбиения использован программный комплекс Matlab, разработана программа для реализации алгоритма и определения координат границ областей, которые могут импортироваться в любые CAD/CAM-программы. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Алгоритм позволяет разделить поверхность свободной формы на плоские, выпуклые, вогнутые и седлообразные области. Для получения таких поверхностей на деталях различных изделий могут быть использованы современные фрезерные станки. При этом станки должны быть оснащены инструментом различного типоразмера и номенклатуры. Их количество и стратегии обработки, определяющие траектории движения инструмента на участках поверхности относительно заготовки, существенно влияют на производительность. ВЫВОДЫ. Получаемые данные являются основой для выбора формообразующего инструмента и решения задачи оптимизации траектории движения инструмента при многокоординатном концевом фрезеровании в зависимости от формы участков поверхности.

The PURPOSE of the study is to develop an algorithm of free-form surface partitioning into local domains (individual regions), construction of boundaries between these regions and preparation of the initial data for the formation of an optimal technological process of machining and preparation of control programs for shaping such surfaces. METHODS. Partitioning is based on the mean and Gaussian curvature in the points of a free-form surface. The coordinates of the 3D model grid nodes or the data for NURBS surface construction are proposed to be used as initial data or the analysis of the surface region geometry. The Matlab software package has been used for mesh partitioning. A program has been developed to implement the algorithm and determine the coordinates of domain regions which can be imported into any CAD/CAM programs. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The algorithm allows partitioning of free-form surfaces into flat, convex, concave and saddle-type regions. Modern milling machines can be used to obtain these kinds of surfaces on the parts of various products. These machines must be also equipped with the tools of various sizes and product lines. Their number and machining strategies which determine the toolpaths on the surface regions in relation to the workpiece have a significant influence on milling performance. CONCLUSIONS. The obtained data serve as a basis for tool selection and solving of the optimization problem of toolpath planning under multi-axis end milling depending on the shape of the surface regions.

разбиение поверхностейкривизнафрезерованиеповерхности свободной формыпятикоординатная обработкаsurface partitioningcurvaturemillingfree-form surfacesfive-axis machiningReferencesПономарев Б.Б. Оптимизация стратегии фрезерования сложных поверхностей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. 239 с.Пономарев Б.Б. Оптимизация стратегии фрезерования сложных поверхностей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. 239 с.Сергеев О.С., Гисметулин А.Р., Маданов А.В. Автоматизация подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 4 (2). С. 399-402.Сергеев О.С., Гисметулин А.Р., Маданов А.В. Автоматизация подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 4 (2). С. 399-402.Ponomarev B.B., Paykin D.B. Selecting Optimal Machining Strategy Parameters when Milling Complex Surfaces by Spherical Milling Cutters, International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering. 2014. Vol. 14. № 1. P. 1-5.Ponomarev B.B., Paykin D.B. Selecting Optimal Machining Strategy Parameters when Milling Complex Surfaces by Spherical Milling Cutters, International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering. 2014. Vol. 14. № 1. P. 1-5.Данилов В.А. Формообразующая обработка сложных поверхностей резанием. Мн.: Наука и техника, 1995. 264 с.Данилов В.А. Формообразующая обработка сложных поверхностей резанием. Мн.: Наука и техника, 1995. 264 с.Chen Z., Dong Z., Vickers G. W., “Automated Surface Subdivision and Tool Path Generationfor 3 1/2 axis CNC Machining of Sculptured parts”, Computer in Industry. 2003. Vol. 50. P. 319-331.Chen Z., Dong Z., Vickers G. W., “Automated Surface Subdivision and Tool Path Generationfor 3 1/2 axis CNC Machining of Sculptured parts”, Computer in Industry. 2003. Vol. 50. P. 319-331.Нгуен Ши Хьен. О классификации поверхностей свободной формы // Новая наука: Современное состояние и пути развития: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Стерлитамак, 30 августа 2016 г.). Стерлитамак, 2016. C. 99-105.Нгуен Ши Хьен. О классификации поверхностей свободной формы // Новая наука: Современное состояние и пути развития: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Стерлитамак, 30 августа 2016 г.). Стерлитамак, 2016. C. 99-105.Голованов Н.Н. Геометрическое моделирование. М.: Физматлит, 2002. 472 с.Голованов Н.Н. Геометрическое моделирование. М.: Физматлит, 2002. 472 с.Piegl, Les and Tiller, Wayne. The NURBS Book, 2 nd Edition, Springer-Verlag (Berlin), 1997.Piegl, Les and Tiller, Wayne. The NURBS Book, 2 nd Edition, Springer-Verlag (Berlin), 1997.Радзевич С.П. Формообразование поверхностей деталей. Растан, 2001. 592 с.Радзевич С.П. Формообразование поверхностей деталей. Растан, 2001. 592 с.Манфредо П. до Кармо. Дифференциальная геометрия кривых и поверхностей. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. 608 с.Манфредо П. до Кармо. Дифференциальная геометрия кривых и поверхностей. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. 608 с.NURBS Toolbox by D.M. Spink re-uploaded. The previous link has broken. URL: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/26390-nurbs-toolbox-by-d-m-spink (15.01.2010).NURBS Toolbox by D.M. Spink re-uploaded. The previous link has broken. URL: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/26390-nurbs-toolbox-by-d-m-spink (15.01.2010).Gonzalez R.C., Woods R.E, Eddins S.L., Digital Image Processing Using MATLAB, New Jersey, Pearson Prentice Hall, 2004.Gonzalez R.C., Woods R.E, Eddins S.L., Digital Image Processing Using MATLAB, New Jersey, Pearson Prentice Hall, 2004.Jensen, C.G., Red, W.E., and Pi J. 2002. Tool selection for five-axis curvature matched machining. Computer Aided Design, 34 (3), рр. 251-266.Jensen, C.G., Red, W.E., and Pi J. 2002. Tool selection for five-axis curvature matched machining. Computer Aided Design, 34 (3), рр. 251-266.Shih Frank. Image processing and pattern recognition: fundamentals and techniques. IEEE Press, 2010, 537 p.Shih Frank. Image processing and pattern recognition: fundamentals and techniques. IEEE Press, 2010, 537 p.Nurbs2IGES - File Exchange - MATLAB Central. URL: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/12087 (31.08.2006).Nurbs2IGES - File Exchange - MATLAB Central. URL: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/12087 (31.08.2006).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.