[发明专利]一种面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法

权利要求书

1.一种面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构建STEP-NC复杂型腔封闭等距环；

所述步骤S1中构建STEP-NC复杂型腔封闭等距环的过程包括：走刀行距计算、基本元素等距偏置以及封闭等距环生成；

所述走刀行距计算的具体表达式如下：

式中，d为走刀行距，R为刀柄半径，r为刀角圆头半径，h为残留高度；

所述基本元素等距偏置包括：直线段的等距偏置以及圆弧段的等距偏置。所述直线段的等距偏置过程具体为：

S11、假设R(R_x,R_y)和E(E_x,E_y)分别为直线段的起点和终点，则直线段的等距偏置法向矢量N为：

S12、直线段等距后起点矢量值a和终点矢量值b分别为：

a＝R±d·N

b＝E±d·N

所述圆弧段的等距偏置过程具体为：

S13、假设C(C_x,C_y)为圆弧的圆心，R'(R_x',R_y')，E'(E_x',E_y')分别为其起点和终点，则圆弧段起点等距偏置法向矢量N_s和终点等距偏置法向矢量N_e分别为：

S14、圆弧段等距后起点矢量值a’和终点矢量值b’分别为：

a’＝R’±d·N_s

b’＝E‘±d·N_e

上式中，d为走刀行距；

所述封闭等距环生成具体过程如下：

基本元素经过等距偏置后，相邻等距线之间会出现相交或者分离；为了生成一条连续的加工路径，相邻等距线之间需要进行过渡连接，即生成封闭等距环；封闭等距环生成的基本方法是：基本元素在进行等距偏置之后，若生成的等距线相交，则添加直线连接；若生成的等距线分离，则添加圆弧过渡，过渡圆弧的圆心是等距前两直线的公共端点，半径等于走刀行距，圆弧与两直线相切，进而生成封闭等距环；

S2、基于图论将封闭等距环表示为带约束的赋权有向图；

S3、通过增设待选择节点集合T对传统Dijkstra算法进行改进，采用改进的Dijkstra算法生成STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径。

2.根据权利要求1所述的面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程如下：

S21、标记封闭等距环赋权有向图中的节点v_i及连接弧a_m，节点v_i为封闭等距环中的直线段、圆弧段的端点以及它们相交的交点；连接弧a_m为封闭等距环中直线段和圆弧段；

S22、确定连接弧a_m的方向，规定型腔轮廓等距环为逆时针取向，岛屿轮廓等距环为顺时针取向，进而确定封闭等距环的赋权有向图中各连接弧a_m的方向；

S23、标记封闭等距环赋权有向图中转向约束标志为了防止生成无效路径，在由交点而来的节点处设置转向约束标志

S24、确定封闭等距环赋权有向图中连接弧的权值，相邻节点v_i和v_j之间的连接弧对应的权值为弧长w_ij；

S25、根据上述步骤S21-S24，得到带约束的封闭等距环赋权有向图D＝(V,A,Σ,W)，其中V为节点集合，A为弧集合，Σ为约束集合，W为权值集合。

3.根据权利要求1所述的面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程如下：

S31、令已访问节点集合未访问节点集合U＝V^l，待选择节点集合其中，V^l为第l次等距计算得到的封闭等距环赋权有向图中的节点集合，1＝1，2…k，k为能够进行等距操作的次数，令l的初始值为1；

S32、令未访问节点集合U中节点v_j的初始标号为[v_i，u_j]，若节点v_j被选为起点，则令其标号为[v_j，u_j]；其中，v_i为最短路径上节点v_j的前一节点，将其初始化为任意节点M，u_j是起点到节点v_j的距离，其初始值为∞；v_j为节点v_j的本身，u_j是节点v_j到其本身的距离，其初始值为0；

S33、从未访问节点集合U中选出任意一节点v_j为起点和终点，并从U中删除v_j；v_i表示起点，表示终点，将v_i加入到已访问节点集合S中，将存入U中，确定v_i的标号[v_i，u_i]为[v_i，0]；

S34、判断未访问节点集合U中是否存在与v_i直接连接的节点v_j；若存在，则执行步骤S35；若不存在，则得到一条无效路径，将该路径的终点从U中删除，并执行步骤S310；

S35、对于未访问节点集合U中与v_i直接连接的节点v_j，若u_j＞u_i+w_ij，则令u_j＝u_i+w_ij，并更新其标号[v_i，u_j]；

S36、若节点v_i不是起点且设置转向约束标志(σ^v)，在满足节点v_j与节点v_i之间的连接弧的方向不同于节点v_i与其上一节点的连接弧方向的节点v_j中选取u_j(u_j0)最小的节点v_j；否则，直接从U中找出u_j最小的节点v_j；

S37、将被选取节点v_j从U中删除，记为v_i，并将其加入到S中，确定v_i的标号为[v’_i，u_i]，若v_i为交点，同时将其加入T中；其中，v’_i为最短路径上节点v_i的前一节点，u_i是起点到节点v_i的距离；

S38、判断v_i是否为终点若是，则得到一条最短路径，并执行步骤S39；若否，则返回步骤S34；

S39、判断得到的最短路径对应的环是否为逆时针环；若是，则判定该路径为最短刀具路径，并用向量path记录该路径中节点的标号，执行步骤S311；若否，判定该路径为无效路径，并将赋权有向图中属于该无效路径的连接弧的弧长置为∞；执行步骤S310；

S310、将S中属于该无效路径且为交点的节点v_i删除，并将T中的节点存入U中；

S311、判断U是否为空集；若是，则得到第l个封闭等距环的全部最短刀具路径；否则，令执行步骤S32；

S312、判断l是否等于k；若是，则得到复杂型腔的全部最短刀具路径；

否则，令l＝l+1，并返回步骤S31。