技术领域本发明属于铣削加工领域，更具体地，涉及一种基于改进型Butterfly细分的三角网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法。技术背景自由曲面被广泛应用于航天、汽车、船舶等产品设计领域，对自由曲面加工的刀具轨迹规划具有重要意义。自由曲面可以用参数面片和多边形面片表示。但参数面片的精确建模困难，且参数面片的拼接和分割易出现干涉与间隙，步骤繁琐，计算量大。但多边形面片，尤其是三角面片分割及拼接准则简单，具有较高鲁棒性，在曲面相交运算中不存在高次曲线相交运算，具有较高的计算效率。五轴数控加工中，圆柱或圆锥棒铣刀、环形棒铣刀及球头棒铣刀多用于窄型腔结构曲面的侧铣加工，球头刀、尖齿平底刀和环形刀常用于复杂自由曲面的端铣加工。球头刀尖位置切削速度为零，近刀尖部分切削速度低，切削成型表面质量低，为避免球头刀在加工过程中产生干涉，刀具半径一般较小，导致刀具轨迹排列过于紧密，降低加工效率。尖齿平底刀切触点等效曲率随刀具倾角的变化而变化，对曲率分布不均匀的曲面具有一定适应性，较球头刀而言具有更高的加工效率，但尖齿平底刀切削刃为端面与侧面交界边缘线，磨损速度快，成形余量大，加工表面粗糙，常用于复杂自由曲面加工的粗加工阶段。而环形刀切削刃上不存在切削速度极低的位置，且切触点等效半径随倾角的变化而变化，对曲率分布不均匀的自由曲面具有较强适应性；且环形刀切削刃带有圆角，避免了过度切削磨损后形成的加工误差，具有更高的加工精度。自由曲面形状复杂，曲率分布状况复杂，精度和效率要求高，故采用环形刀进行加工更符合自由曲面端铣加工高效高精的特点。当前的刀具轨迹规划方法以等截面法和等参数法最为常用，虽然能够保证表面加工精度，但自由曲面曲表面特征复杂，曲率分布不均匀，切削曲面与等高线曲面的法向偏角较小，规划生成的刀具轨迹异常密集，加工效率低下。等残余高度法以残余高度作为刀具轨迹生成标准，能够生成粗糙度均匀的工件表面，但生成的刀具轨迹常出现多次抬刀动作，连续性低，增加了刀具负载波动，降低刀具寿命和表面成型质量。
技术实现要素：
为解决刀具轨迹规划中生成刀具轨迹连续性差的问题，本发明提供了一种基于改进型Butterfly细分的网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法。一种基于改进型Butterfly细分的网格自由曲面环形刀具轨迹规划方法，包括以下步骤：1)构建三角网格自由曲面的环形刀具切削模型，对环形刀具实际切削刃进行参数建模，并对三角网格自由曲面进行微分几何分析，建立三角网格曲面的曲率特征模型；2)以三角网格曲面环形刀具切削模型为基础，对切触点CC点处的几何特征进行分析，并求解环形刀具在三角网格自由曲面上的切削路径宽度；3)以三角网格曲面为基础构建局部递归分割曲面，对三角面片序列中的元素进行切削路径宽度检查，若三角面片不符合切削路径宽度检查准则，则采用改进型Butterfly细分方法对三角面片进行细分后对细分生成的三角面片再次进行切削路径宽度检查，直至每个三角面片符合切削路径宽度检查准则；4)构建刀具轨迹规划所需的数据结构模型，主要包括对基准点、基准列的定义和顶点数据结构的定义；5)遍历三角网格曲面上的三角面片并进行包容性判定，确定曲面模型的边界；6)以模型边界为初始刀具轨迹，向内偏置形成螺旋型刀具轨迹。所述步骤1)中的构建三角网格自由曲面的环形刀具切削模型的方法如下：对环形刀具曲面进行建模：环形刀曲面与工件表面切于C点，并具有共同的切平面，在切触点C处建立局部坐标系CXCYCZC，以环形刀底面圆心O为的原点，以环形刀刀轴为Zt轴，构建刀具坐标系OXtYtZt；对环形刀具上的特征曲线进行参数建模：以环形刀具实际切削刃的密切圆作为环形刀具切削刃曲线在切触点的近似曲线，并在刀具坐标系OXtYtZt中对实际切削刃特征曲线构建参数方程其中r为环形刀圆角半径，R为环形刀圆心环半径，φ为构建环形刀特征曲线参数方程的旋转角，β为环形刀前倾角；将特征曲线向垂直于进给方向的平面投影，可得环形刀具在切触点的有效切削半径对三角网格自由曲面进行建模：将三角网格自由曲面上的所有顶点编号并构建顶点序列{V1,V1,...VN