論文の概要: Topology-Preserving Scalar Field Optimization for Boundary-Conforming Spiral Toolpaths on Multiply Connected Freeform Surfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.22502v1
- Date: Sat, 27 Dec 2025 07:05:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.531615
- Title: Topology-Preserving Scalar Field Optimization for Boundary-Conforming Spiral Toolpaths on Multiply Connected Freeform Surfaces
- Title（参考訳）: 多重連結自由曲面上の境界整合スパイラルツールパスの位相保存スカラー場最適化
- Authors: Shen Changqing, Xu Bingzhou, Qi Bosong, Zhang Xiaojian, Yan Sijie, Ding Han,
- Abstract要約: 自動車および航空宇宙製造における部品の高品質かつ効率的な加工には, 複数接続された自由形表面上でのボールエンド加工経路の計画が重要である。
アイソ曲線の分岐や終了を引き起こすゼロ勾配特異点を強固に強制し、多重連結曲面上でのツールパス連続性を阻害する効率的な戦略を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Ball-end milling path planning on multiply connected freeform surfaces is pivotal for high-quality and efficient machining of components in automotive and aerospace manufacturing. Although scalar-field-based optimization provides a unified framework for multi-objective toolpath generation, maintaining boundary conformity while eliminating zero-gradient singularities that cause iso-curve branching or termination and disrupt toolpath continuity remains challenging on multiply connected surfaces. We propose an efficient strategy to robustly enforce these constraints throughout optimization. Conformal slit mapping is employed to construct a feasible, singularity-free initial scalar field. The optimization is reformulated as a topology-preserving mesh deformation governed by boundary-synchronous updates, enabling globally optimized spacing, scallop-height uniformity, and smooth trajectory transitions. Consequently, the toolpaths are continuous, boundary-conforming, and free of self-intersections. Milling experiments demonstrate that, compared with a state-of-the-art conformal slit mapping-based method, the proposed approach increases machining efficiency by 14.24%, improves scallop-height uniformity by 5.70%, and reduces milling impact-induced vibrations by over 10%. The strategy offers broad applicability in high-performance machining scenarios.
- Abstract（参考訳）: 自動車および航空宇宙製造における部品の高品質かつ効率的な加工には, 複数接続された自由形表面上でのボールエンド加工経路の計画が重要である。
スカラーフィールドに基づく最適化は、多目的ツールパス生成のための統一的なフレームワークを提供するが、アイソカーブ分岐や終了の原因となるゼロ段階の特異点を排除しつつ境界の整合性を維持することは、多重連結面上では依然として困難である。
最適化を通してこれらの制約を強固に強制する効率的な戦略を提案する。
等角スリット写像は、実現可能な特異性のない初期スカラー場を構築するために用いられる。
最適化は、境界同期更新によって制御されるトポロジ保存メッシュ変形として再構成され、最適化された間隔、頭蓋高の均一性、スムーズな軌道遷移を可能にする。
その結果、ツールパスは連続的で、境界コンフォーミングであり、自己切断は不要である。
ミルリング実験により, 加工効率が14.24%向上し, 頭蓋高の均一性が5.70%向上し, 加工衝撃による振動が10%以上低減された。
この戦略は、高性能な加工シナリオに幅広い適用性を提供する。
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