曾志刚作业——型腔数控粗加工刀位轨迹生成算法

姓名：曾志刚

学号：M201170586

型腔数控粗加工刀位轨迹生成算法

首先根据加工行距作为一组平行于刀轴的平面，与模型的待加工表面求交，

得到一系列的交线；再根据精度规划一组垂直于刀轴的分层平面，与上述交线求

交，在每一分层平面上判断加工区域，规划出刀位轨迹，将每一分层面上的刀位

轨迹按适当的方式连接起来，就构成零件的整体加工轨迹。在每一层内则采用行

切法，具体实现步骤是：

?确定加工范围、加工行距，计算x向交线；

?确定分层平面；

?分层平面与x向交线求交；

?分层平面上加工区域的识别；

?刀轨生成及干涉处理。

算法的详细内容描述如下，为讨论方便起见，规定刀轴与z方向平行，刀尖指向工件。

?确定加工范围、加工行距，计算x向交线；

工件的加工范围由用户指定，用户输入毛坯在xoy平面投影的最大轮廓的坐

标或捡取毛坯轮廓。用户可以直接指定加工行距，也可以输入残留高度，由系统

计算出加工行距。沿x方向作一组平行于yoz平行的平面，记为x向平面，两相

邻平面的间距S为加工行距，各x向平面分别与实体模型上的待加工表面求交，

得一系列交线，记为x向交线，将x向交线放在一链表中。

该链表的数据结构如下：

typedef struct intersection_link

{

struct intersection_link *head_intersection; //链表的头指针

struct intersection_link *next; //指向下一条交线

BODY *x_section; //当前x向交线

}intersection_links;

?确定分层平面

分层平面主要由毛坯和加工参数决定，在层切法粗加工中，各分层平面之间

的距离（切削深度）可以根据实际加工需要而定，一般第一层的切削深度往往大

于以后各层的深度，其主要目的是为了避开表层有硬皮区域或不锈钢等冷作硬化比较严重的材料的冷硬层区域。其他各层可按等深度分层切削，也可按先大后小的原则切削。

?分层平面与x向交线求交

定义：一条x向交线与一张分层平面求交所得交点以及两个边界点叫此条x 向交线的交点集。如图1所示，交点1、2、3、4构成了此条x向交线的交点集。

图1交点集示意图

每条x向交线的交点集按顺序存放在交点集链表中，交点集链表记为Φ，而交点集中的交点则按顺序存放在一交点链表中，该交点链表记为ψ。其数据结构分

别如下：

typedef struct intersection_point_collection//交点集链表Φ

{

struct intersection_point_collection *head_collection; //交点集链表的头指针struct intersection_point_collection *next; //指向下一交点集intesection_points *current_collection; //指向当前交点集

int nun_interpoints; //当前交点集中点的数量

}intersection_point_collection;

typedef struct intersection_point //交点链表ψ

{

BODY *x_section; //当前x向交线

struct intersection_point_collection *head_collection; //当前交点链表的头指针struct intersection_point_collection *next; //指向当前交点链表的下一个交点double P[3]; //交点坐标

int flag; //检查标志，初始设为False

}intersection_point；

?分层平面上加工区域的识别

再生成每层的刀加工轨迹之前，首先要判断出每层的加工区域。具体步骤如

下：

①建立表示每层切削区域的链表Ω，Ω的数据结构描述如下：

typedef struct cut_boundary

{

struct cut_boundary *head; //数据结构的头指针

struct cut_boundary *next; //指向相邻的下一个边界点

double up_point[3]; //切削区域y 值最大边界点

double down_point[3]; //切削区域y 值最小边界点

}cut_bound;

②从交点链表Φ中读入一个交点集；

③如果num_interpoints >1,则从交点集读取第一个标志位False 的交点M 以及下

一个交点N ；否则转到⑥；

④在M 、N 两点所在的x 向交点上取一个点Q ，使得Q 位于M 、N 之间，如果Q 点

的z 坐标大于当前分层平面z 坐标，则将M 对应的flag 置为True ，转到⑥；

⑤判断M 、N 是否与Ω所表示的区域在同一切削区域；

若Ω为空，将M 、N 的坐标记录在Ω中，M 对应的flag 置为True ，将

num_interpoints 减1，转到⑥，否则，设M '、N '是链表Ω中当前两个边界点且

位于x 向交线集中的链表节点lp 中，M 、N 位于x 向交线集中的链表节点np 中，

m y 、n y 、m y '、n y '分别表示M 、N 、M '、N '的y 轴坐标，则有以下四种情况：

?若np=1p->next 并且m y >n y ',则M 、N 不属于Ω所表示的切削区域，如图2.

?若np=1p->next 并且n y

?若np ≠1p->next,则M 、N 不属于Ω所表示的切削区域，如图4.

?若np=1p->next 并且m y m y ',则M 、N 属于Ω所表示的切削区域，如

图5.

如果M 、N 在Ω所表示的区域内，则将M 、N 的坐标记录在Ω中，M 对应的

flag 置为True ，将num_interpoints 减1，转到⑥，否则将指针指向第一条x 向

交线的交点集，转向①；

⑥若交点集链表中Next 指针为空，转向⑦；否则将指针指向下一条x 向交线的

交点集，转到②；

⑦若所有交点集中的num_interpoints都等于1，结束；否则将指针指向第一条x 向交线的交点集，转到①。

图2 切削区域判断示意图

图3 切削区域判断示意图

图4 切削区域判断示意图

图5 切削区域判断示意图

?刀轨的生成

在每个切削区域内按行切走刀方式规划刀位轨迹，将每一层切面上的刀轨按适当的方式连接起来，就形成产品模型的整体加工轨迹。