[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

说明书

本发明提供一种面向STEP‑NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法。本发明方法，包括：S1、构建STEP‑NC复杂型腔封闭等距环；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。本发明将图论和改进的Dijkstra算法有机结合，提出了一种面向STEP‑NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法，高效智能地实现了STEP‑NC复杂型腔最短刀具路径的生成，对STEP‑NC标准的进一步完善和实施具有积极的参考价值。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体而言，尤其涉及一种面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法。

背景技术

智能制造是新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，已成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容。基于STEP-NC的智能数控系统是智能制造领域研究热点之一，而基于STEP-NC的刀具路径规划是实现STEP-NC智能数控系统的一项关键技术。

国内外学者对STEP-NC刀具路径规划进行了许多有意义的研究。Suh等提出的新一代STEP-NC控制器，该控制器可以实现STEP-NC制造特征的刀具路径生成。刘涛等提出了一种基于STEP-NC数控程序的刀具路径规划方法。王军等通过建立STEP-NC知识库，实现了STEP-NC平面和孔特征的刀具运动轨迹规划。Laguionie等基于轮廓平行铣和双向铣削策略，提出了一种用于STEP-NC简单型腔特征加工的摆线铣削策略。Du等提出了一种基于多智能体的STEP-NC制造特征刀具路径规划方法。李刚年采用等距离步长法和等残留高度法得到了STEP-NC制造特征的刀具路径。Liang等开发了一个与STEP-NC兼容的CNC系统，该系统具有刀具路径规划、刀位点计算、刀具偏移和逆运动学变换的功能。山东大学的齐明开发了用于电路板加工的STEP-NC CAM模块，该模块采用基于像素的方法来进行轮廓计算，实现了STEP-NC制造特征刀具路径的生成。梁媛等提出了一种基于STEP-NC的NURBS曲面刀具轨迹生成技术，该技术采用等残留高度法对曲面加工刀具轨迹进行规划。由以上研究可以看出，虽然国内外学者和研究机构对刀具路径规划进行了很多有意义的研究，但是大多数研究主要集中在STEP-NC简单制造特征的刀具路径生成，对于STEP-NC复杂型腔的刀具路径生成方法研究很少。

发明内容

根据上述提出现有技术中缺乏对STEP-NC复杂型腔的刀具路径生成方法的研究的技术问题，针对STEP-NC复杂型腔，本发明提供了一种面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种面向STEP-NC复杂型腔的最短刀具路径生成方法，包括如下步骤：

S1、构建STEP-NC复杂型腔封闭等距环；

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。

进一步地，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。

进一步地，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：