[发明专利]复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法

说明书

技术领域

本发明是一种复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，该方法为工艺规划阶段刀具选取提供重要参数，也能为残留区域计算提供重要依据。该方法为专业化、智能化CAD/CAPP/CAM集成系统“飞机复杂构件快速数控编程系统”提供基础技术支持，属于数字化数控编程技术领域。

背景技术

型腔加工被广泛应用于航空、汽车、模具制造业等领域，平面型腔加工又是型腔加工中最重要、应用最广泛的加工。其中，工艺规划阶段的刀具选择合理与否将直接影响平面型腔的加工质量、加工效率和加工成本。而刀具在给定平面型腔的可加工区域是影响刀具选择的关键因素，同时也影响着残留区域的计算。目前主要应用如下两种方法计算刀具可加工区域：1）二次偏置法；2）构建变异Voronoi Mountain。上述两方法有各自的缺点，偏置算法复杂且不可保证所有曲线均偏置成功，而依据目前CAD/CAM软件技术无法保证构建变异Voronoi Mountain算法稳定性。因此，研究和开发复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，对于提高数控编程智能化水平、实现复杂平面型腔高效高质的制造具有重要意义。数控加工中刀具触线计算是刀具可加工区域计算中的核心内容，可以通过触线计算与识别构建触线链，而触线链又是刀具在平面型腔中可加工区域的组成边界。因此，如何构建触线链对刀具可加工区域计算至关重要。发明内容

本发明提供一种复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，该方法通过模拟滚圆在平面型腔边界中滚动并自动提取在平面型腔中的可加工区域边界。将此结果应用于刀具选取与残留区域计算有利于数控编程智能化水平的进一步提高。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种复杂平面型腔刀具可加工区域计算方法，其特征在于：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。

本发明将采用偏置算法构建可加工区域，然而遇见非圆弧曲线的偏置算法复杂且不稳定，不可保证所有曲线偏置成功，因此本发明将所有轮廓上的非圆弧曲线按照一定精度离散成一组直线。

所述的步骤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。

其中（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：本发明提出的算法针对平面型腔，其腔内结构可以由平面型腔沿底平面法向的二维投影的环与环之间的位置关系表示，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；

（2）计算环上边与点的基本信息的过程如下：

<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；