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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利一种基于测量点云的薄壁球冠件五轴加工刀位自适应补偿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：CN118519390B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-05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：202410468050.6，技术领域涉及：G05B19/404；该发明授权一种基于测量点云的薄壁球冠件五轴加工刀位自适应补偿方法是由刘海波;柴兴亮;吴春辉;于剑驰;薄其乐;李特;王永青;郭东明设计研发完成，并于2024-04-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于测量点云的薄壁球冠件五轴加工刀位自适应补偿方法在说明书摘要公布了：一种基于测量点云的薄壁球冠件五轴加工刀位自适应补偿方法。获取待加工球壳的廓形和壁厚，结合每轮目标壁厚值，获取实际加工型面点集。基于等残留高度及弦高差方法，以表面粗糙度公差为约束，在理论球壳内型面上确定刀位点。偏置理论刀位点并以其球心设置搜索半径，基于最小移动二乘法对搜索域的实际型面点集进行曲面拟合，以壁厚公差为约束在曲面上离散网格。理论刀位点向前搜索至其与网格节点距离小于网格边长停止，将此网格节点作为补偿刀位点，并通过法矢一致性校准求解AC轴坐标，完成五轴自适应刀位补偿。本发明实现了球壳类构件的五轴补偿刀位自适应规划，全过程自动化处理，满足现场对于大型球壳类构件的加工精度需求。

本发明授权一种基于测量点云的薄壁球冠件五轴加工刀位自适应补偿方法在权利要求书中公布了：1.一种基于测量点云的薄壁球冠件五轴加工刀位自适应补偿方法，其特征在于，步骤如下： 第一步，基于理论内型面方程，计算内型面理论刀位点 对于大型球壳类构件的五轴铣削加工，加工轨迹采用周向铣削方式，周向轨迹间通过抬刀方式实现等弧长加工；因此，针对理论设计模型的内型面方程，为保证加工质量，采用等残留高度法确定加工轨迹行距；由于大型球壳类构件的曲率远大于残留高度，则加工行距与残留高度的计算公式为： 其中，Ls为加工行距，Δhs为残留高度，Rt为刀具半径； 然后，基于弦高差方法推导周向离散步长LR与弦高误差Δh间的计算公式，设定指定高度z0的周向轨迹，弦高误差的计算公式为： 其中，a为双长轴椭球的长轴，b为双长轴椭球的短轴，则离散步长LR的表达式为： 由此，在给定方程的双长轴椭球曲面上，规定一个起始点，Ls和LR确定沿圆周方向和母线方向的步长，结合椭球方程，即解得内型面理论刀位点集P＝{p1,p2,…,pn}； 第二步，基于移动最小二乘法将邻域内点云拟合曲面以壁厚最大公差为约束离散网格 基于数字化在机扫描技术，获取大型球壳类构件的实际外型面点云及相应的厚度值，结合下轮加工的目标壁厚dt，获取实际加工型面点集Qj＝{q1,q2,…,qm}；将内型面理论刀位点集P沿法矢方向向外偏置，移动距离s为： s＜dt-δ4 其中，δ为实际型面的变形估计值，保证其大于实际型面变形值； 对偏置后的理论刀位点集P′i＝{p′1,p′2,…,p′n}，以其中一个刀位点p′1为球心，设定邻域搜索范围为R，搜寻其邻域内的所有实际加工型面点集Q′i＝{q′1,q′2,…,q′M}；基于移动最小二乘方法，对实际加工型面点集构造隐式曲面；然后，以加工过程允许的壁厚最大公差ε为约束，基于cubic方法对隐式曲面进行网格划分，划分的网格边长为ε； 第三步，理论刀位点继续沿法矢搜寻，以阈值为约束求解补偿刀位点坐标 以壁厚最大公差ε为步长，偏置后的理论刀位点沿法矢方向继续向外移动，当移动一个步长时，计算此时偏置刀位点与各节点的距离；取距离最小值节点及其对应的网格，偏置刀位点继续向前逼近，直至最小距离值小于壁厚最大公差ε，停止逼近过程；根据实际公差需求，若实际需求为保证壁厚下公差，则理论刀位偏置点继续向前偏置一个步长；若实际需求为保证壁厚上公差，则停止逼近过程； 求解此时的偏置理论刀位点坐标，首先求解刀位点的法矢，根据内型面理论刀位点坐标pixi,yi,zi，则刀位点的单位法矢计算公式为： 设偏置理论刀位点沿法矢方向累计搜寻k步，则此时的偏置点坐标p′ix′i,y′i,z′i的计算公式为： 则此时的坐标值即为补偿刀位点坐标；然而，对于五轴机床数字化加工而言，还需计算摆轴及回转轴坐标； 第四步，求解补偿刀位点法矢，校准方向使其保证全局一致性，生成补偿刀位轨迹 由于加工过程的初始应力释放及加工应力的引入，大型球壳类构件极易发生型面整体变形；为保证加工过程中刀轴适应曲面法矢变化，将实际加工型面点集中对应刀位点的法矢赋给补偿刀位点法矢，由此即保证刀位轨迹的光顺性，又保证大型球壳类构件的表面加工质量以及型面公差；具体步骤如下： 首先，基于PCA主成分分析法，计算实际加工型面法矢；针对偏置理论刀位点邻域内的实际加工型面点集对于其中一点通过对目标函数最小化，使该点与其近邻点所构成的向量与法向量的点乘为0，计算公式为： 其中，M为邻域内点的数量，为待求解法矢点对应的坐标，为邻域中心点坐标，J为优化目标函数，取最小特征值对应的特征法向量即为该点对应的法向量 其次，校正法矢方向；上述方法求解的法向量方向不具有全局一致性，针对此问题，采用偏置理论刀位点法矢校正方法，令法矢保证全局一致，则校正计算公式为： 其中，θ为两个法矢的夹角；若θ＞90°，则法向量方向保持不变；若θ＞90°，则对法向量方向取反； 最后，由法向量确定A轴和C轴的坐标，其中，法向量是空间上x,y,z三个维度的法向量，其中A轴与C轴的坐标是根据法向量中x,z向的法向量确定的，即取反余弦；由此获得在工件坐标系下的补偿刀位点的五轴坐标，按照等弧长周向铣削，相邻层之间抬刀进给方式实现球壳构件五轴自适应补偿加工；针对大型球壳类构件多轮加工，从半精加工阶段开始每轮加工重复执行第二步至第四步，即实现公差的精准控制，满足实际加工需求。

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