[发明专利]复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法

权利要求书

1.一种复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，其特征在于：该方法实现的总流程为：1）平面型腔跨弧计算；2）跨弧有效性判断；3）触线链构造。

2.根据权利要求1所述的一种复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，其特征在于：

所述步骤1）平面型腔跨弧计算的主要内容有：（1）平面型腔中轮廓环与凸台环序列化；（2）计算环上边与点的基本信息；（3）计算平面型腔中存在的跨弧；

所述的步骤2）跨弧有效性判断的主要内容有：根据几何与工艺知识建立一系列准则判断跨弧有效与否；具体准则内容如下：

a、准入准则：若平面型腔的最大内接圆半径R_i<r，且平面型腔存在跨弧c，c无效；

b、距离准则：任意两几何对象a₁与a₂之间存在有效跨弧c_v的必要条件之一是a₁与a₂间最小距离d必须满足d<R，其中a₁与a₂可为点或者线；

c、优弧准则：有效跨弧c_v必为优弧；

d、同侧准则：有效跨弧c_v的圆心必然和滚圆m_g处于同一侧位；

e、凸点准则：点P与几何对象a之间存在有效跨弧的必要条件之一：P必须是凸点，其中a可以是点或者线；

f、瓶颈区域准则：已知环l上跨弧c，c之触点Pct和碍点Pob均位于l上，按v向遍历由Pct到Pob间的所有边线，则有如下准则：

f1、若这些边线上存在跨弧ci且ci圆心与c圆心距离d<R，则ci无效；

f2、若这些边线上存在跨弧c_i，c_i圆心与c圆心距离d≥R且这些边线构成的环的最大内接圆半径R_i<R，则c_i无效；

g、两交点准则：若跨弧c与环存在交点P_i，且则c无效；

h、无交叉准则：若触线e_c上存在相交跨弧c₁与c₂，若c₁与c₂满足如下两个条件：

（1）交点只有一个且均不相同；

（2）c₁与c₂的圆心距d<R；

则c₁与c₂均无效；

i、边点跨弧取舍准则：沿v向，若边e₁与边e₂存在跨弧c，e₁仅有一个端点与e₂存在跨弧集合跨弧均满足无交叉准则，则沿当前v向的c_i无效；

j、共点跨弧取舍准则：若触点P_ct处存在多个跨弧c_i，满足无交叉准则，则当滚圆m_g相对基线链左向时，满足两交点准则的最左侧c有效；而当m_g相对基线链右向时，满足两交点准则的最右侧c有效；同理，若碍点P_ob处存在多个c_i，则当m_g相对基线链左向时，满足两交点准则的最右侧c有效，而当m_g相对基线链右向时，满足两交点准则的最左侧c有效；

所述的步骤3）触线链构造的主要内容有：根据触线所代表的工程语义，将首尾相接且能够合并成一个封闭环的有序触线集合称为触线链，而触线链可以作为平面型腔可加工区域的边界表示；该步骤可以分以下两个小步骤：

（1）触线识别：

<1>根据有效跨弧判定结果计算触线；

<2>根据有效跨弧判定结果筛选触线；

触线筛选遵从准则k：环内触线无效准则：即，在触线链E_c构造过程中，若有效跨弧c_v的触点P_ct与碍点P_ob均位于轮廓环l_c或者凸台环l_s上，沿v向，l_c或者l_s上位于P_ct与P_ob之间的边线均被视为构建E_c的无效触线，称该准则为环内触线无效准则；

<3>根据可加工区域中跨弧几何特性按照一定顺序遍历环，其过程遵循准则l：奇偶性准则：即，沿v向，触线链上的跨弧排列顺序必须满足触点、碍点相间原则，称此为可加工区域跨弧的奇偶性准则；

<4>考虑特殊情况提取遗漏触线；

其过程遵循准则m：拾遗准则，即，若平面型腔经奇偶性准则筛选后的剩余边线全部或部分能组合成一个或数个封闭环，且环的组成边上无任何有效跨弧，则该环是触线链，称该准则为拾遗准则；

（2）触线链构造

<1>将获取的触线组合成一个或者数个封闭环；将获取所有触线组合成一个或者数个有序封闭环，其方法与环序列化类似；

<2>剔除不封闭环；针对前述<1>的计算结果判断构造的环是否封闭，若不封闭则剔除，最后剩下的触线链就构成了当前直径刀具在平面型腔中的可加工区域。

3.根据权利要求2所述的一种复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，其特征在于：

所述的（1）平面型腔中轮廓环与凸台环序列化的过程如下：<1>设置轮廓环与凸台环的正方向：将最外围的环称为轮廓环，记为l_c，代表平面型腔中的孔、下陷与开槽的环也视为轮廓环，并规定逆时针方向为轮廓环正方向；将轮廓环所包围的非轮廓环称为凸台环，记为l_s，定义顺时针方向为凸台环的正方向；<2>根据环正方向序列化环：将草图上所有环进行序列化，将所有边按照同一个方向序列化环方向，并根据步骤<1>对环的判定结果判断各个环序列化方向是否正确，若不正确，则反方向序列化；

所述的（2）计算环上边与点的基本信息；过程如下：

<1>计算每一条边相对边所在环的方向，确定边的起始点与终止点，具体为：根据环序列化方向判断当前线段是否符合环方向，若不符合，则需要将起始点与终止点交换位置，最后确定直线段方向与起始点、终止点坐标，根据最后确定的基本信息构建各点的前继边与后续边信息；前继边与后续边的计算方式如下：对于环上的任意一顶点P_i，则P_i必定是由两条边e_i，e_j相交而成，从当前环上除P_i外任意一点沿环正方向遍历环边线，若先遍历到的某边e_m满足e_m∈{e_i,e_j}，则点P_i的前继边，记为e_f，后遍历到的边e_n满足e_m∈{e_i,e_j}，则为点P_i的后续边，记为e_b；

<2>计算环上顶点的凹凸性；

设待求顶点为P，则P凹凸性的计算方法如下：V_f与V_b分别代表点P的前继边e_f与后续边e_b在P处切向矢量，定义向量V_z(x,y,z)，令V_z=V_f×V_b，若P位于轮廓环l_c上，满足z<0，称P为凸点，满足z>0，称P为凹点，反之，若P位于凸台环l_s上，满足z>0，称P为凸点，满足z<0，称P_i为凹点；不论P_i位于l_c还是l_s上，若z=0，则称P_i为切点；

所述的（3）计算平面型腔中存在的跨弧，其主要内容包括：

将滚圆与草图上环的接触点，称为触点，记为P_ct；基线上的连续触点集合称之为触线，记为e_c；在滚圆运动过程中，将迫使滚圆运动方向改变的边称为碍边，滚圆运动方向改变的瞬间碍边上与滚圆相接的点，称为碍点，记为P_ob；将从触点沿滚圆运动方向过渡到碍点的圆弧，称为跨弧；由于跨弧是连接触点与碍点的纽带，规定跨弧也属于触线；跨弧可分为两类：有效跨弧与无效跨弧；若跨弧是组成可加工区域边界的元素之一，则称为有效跨弧，记为c_v，否则称为无效跨弧，记为c_u。