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专利号: 2025104662254
申请人: 成都工业职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于人工智能的数控加工路径控制系统,其特征在于,包括:

曲面特征提取模块:从工件的计算机辅助设计模型中获取曲面的隐式表示形式,并将其参数化为依赖于两个参数坐标的函数,两个参数坐标分别表示曲面上的两个方向,计算曲面在第一个参数坐标方向上的变化率,得到第一个参数坐标方向上的切线向量,计算曲面在第二个参数坐标方向上的变化率,得到第二个参数坐标方向上的切线向量,计算曲面在第一个参数坐标方向上的二次变化率以及第二个参数坐标方向上的二次变化率;基于第一个参数坐标方向上的切线向量以及第二个参数坐标方向上的切线向量计算曲面每个点的法向方向向量;利用第一个参数坐标方向上的切线向量以及第二个参数坐标方向上的切线向量计算第一组基本几何量;利用上述参数坐标方向上的两个二次变化率和法向方向向量计算第二组基本几何量;将第一组基本几何量的逆与第二组基本几何量构成的矩阵相乘,构建曲率特征矩阵;通过特征分析确定曲率特征矩阵中的主曲率和主曲率方向,主曲率包括最大弯曲程度、最小弯曲程度,主曲率方向包括最大弯曲程度对应的主要弯曲方向,以及最小弯曲程度对应的主要弯曲方向;通过最大弯曲程度与最小弯曲程度的乘积计算高斯曲率,并在参数网格上生成高斯曲率分布;计算高斯曲率在两个参数坐标方向上的变化率,形成曲率变化梯度参数;根据曲面的拓扑结构计算拓扑特性数值和连通分量数量,确定拓扑连通性参数;对于曲面上的每个采样点,构建包含主要弯曲方向、高斯曲率、曲率变化梯度参数和拓扑连通性参数的特征向量,并按照参数网格排列所有特征向量,形成曲率约束特征矩阵;

轨迹生成网络模块:将曲率约束特征矩阵转换为热力图通道,与原始点云数据在空间维度拼接后输入预训练的卷积网络,生成初始加工轨迹;原始点云数据包含曲面上的离散点坐标信息;

轨迹效应分析模块:基于初始加工轨迹的相邻切削行残留高度差异反向映射切削力突变梯度,结合曲率连续性偏离计算局部曲面应变能密度,将局部曲面应变能密度序列中的最大值提取作为能量标度判据;

轨迹动态修补模块:当能量标度判据突破材料塑性变形临界值时,依据曲率约束特征矩阵生成过渡样条曲线,通过曲率衰减速率与能量耗散关系修补路径的几何参数与物理稳定性;

仿真优化控制模块:将修补后的路径导入数字孪生平台进行有限元仿真,验证切削应力分布与动态切削力波动范围;筛选满足预设应力约束的优化轨迹,将轨迹参数与伺服系统的加速度前馈系数同步更新。

2.根据权利要求1所述的基于人工智能的数控加工路径控制系统,其特征在于,轨迹生成网络模块包括以下内容:

对曲率约束特征矩阵的每个特征维度进行归一化处理,生成热力图通道;通过双线性插值将热力图通道映射到原始点云数据的坐标位置,生成插值特征矩阵,并与原始点云数据在空间维度上进行拼接,形成综合输入数据;将综合输入数据输入预训练的卷积网络,通过最小化几何损失函数进行训练,生成满足法矢正交和切矢连续约束的初始加工轨迹。

3.根据权利要求2所述的基于人工智能的数控加工路径控制系统,其特征在于,几何损失函数的构建方式如下:

构建几何损失函数,包含法矢正交约束和切矢连续约束,通过计算路径切线方向与曲面法向量的点积以及相邻路径点切线方向夹角的余弦值与1的偏差,确保路径满足微分几何连续性。

4.根据权利要求3所述的基于人工智能的数控加工路径控制系统,其特征在于,轨迹效应分析模块包括以下内容:

基于初始加工轨迹计算相邻切削行在曲面法向方向上的残留高度差异,通过残留高度差异与相邻切削行间平均间距的比值反向映射切削力突变梯度;基于曲率约束特征矩阵和初始加工轨迹计算相邻点间曲率特征向量的欧几里得范数,进而计算全局曲率连续性偏离;通过切削力突变梯度平方的加权项与全局曲率连续性偏离平方的加权项之和计算局部曲面应变能密度;将局部曲面应变能密度序列中的最大值提取作为能量标度判据。

5.根据权利要求4所述的基于人工智能的数控加工路径控制系统,其特征在于,轨迹动态修补模块包括以下内容:

判断能量标度判据是否超过材料塑性变形临界值,通过比较能量标度判据与材料塑性变形临界值识别超标区域;依据曲率约束特征矩阵生成过渡样条曲线,从曲率约束特征矩阵中提取最大弯曲程度、最小弯曲程度及其对应的主要弯曲方向以及高斯曲率分布,采用三次B样条插值技术构建过渡样条曲线,并确保边界条件和曲率连续性要求得到满足;动态适配修补路径的几何参数与物理稳定性,通过计算过渡样条曲线的曲率衰减速率和能量耗散函数,调整控制点使局部曲面应变能密度与能量耗散函数的差异达到最小值。

6.根据权利要求5所述的基于人工智能的数控加工路径控制系统,其特征在于,仿真优化控制模块包括以下内容:

将修补后的加工轨迹离散化为三维坐标点,并导入数字孪生平台建立刀具路径模型;

通过有限元仿真分析工件表面的切削应力分布和动态切削力波动范围,计算工件表面的最大主应力和最小主应力,以及动态切削力的峰值与谷值;根据预设的应力约束条件筛选优化轨迹,检查最大主应力是否超过预设阈值以及切削力波动范围是否在容许范围内,若不满足,则对轨迹进行调整并重复仿真;从优化后的加工轨迹中提取刀具运动的速度和加速度参数,并计算加速度前馈系数;将速度、加速度和加速度前馈系数更新至伺服系统的控制指令流,实现控制指令与加工状态的动态匹配。