刀具路径生成算法

刀具路径生成算法

一、粗加工刀具路径生成算法

1、粗加工路径算法

等距切削

分层切削（等高粗加工）

适合的加工对象：

单元切削

截面线法

插铣加工

2、粗加工算法中要解决的主要问题

●切削边界提取

●边界偏置形成刀具路径（针对环切而言）

3、粗加工走到方式

行切

环切

4、构型空间（Configuration Space, C-Space）

将物体中心放在障碍物的边缘，通过Minkowski sum后，物体可作为点来处理。示意图入下：

5、粗加工刀具路径生成算法—G-buffer方法

1）G-buffer模型生成

●G-buffer模型：被加工零件的Configuration Space模型，也是CL Surface

●构造方法：刀具遍历曲面、反转刀具

形成G-buffer模型的示意图：

2)G-buffer模型的构造

●在工件上方构造一网格平面，网格交点为点集{Pij}

●将刀具放在网格平面中的网格点P(i, j)上

●刀具向下移动（投影）直到触碰到工件停止，记录该网格点P(i, j)对应的Z

坐标值Zij

●重复上述步骤，直到得到所有网格点的Z坐标值

●所有网格点的Z值构成了工件的G-buffer模型

3）G-buffer模型与Z-buffer模型的区别

4）切削区域边界

➢用等高面Zc与G-buffer求交，形成切削区域边界

●Zij < Zc，记录该网格点P(i, j)

●Zij > Zc，不记录该网格点P(i, j)

●这些被记录的网格点集合{Pij}构成切削区域无干涉边界点

见下图：

➢切削区域边界追踪

利用图像处理中轮廓算法，顺序连接位于切削区域边界上的网格点

5）切削区域判定（从外到内：一层加工，一层不加工）

边界描述树：用来保存切削区域的边界，并识别切削区域边界拓扑结构的一种树状结构，边界之间的包容关系决定了边界在边界描述树中的位置。

6）刀具路径生成

环切法

环切加工刀具路径生成：利用等距线计算方法，对每个切削区域的边界按走刀步距的数值计算等距线，不断循环偏置，从而产生环切加工刀具轨迹。

等距线计算：直接偏置法和V oronoi方法。

行切法

行切加工刀具路径生成：从刀具路径角度方向，用一组平行于刀具路径角度的平行线分别与切削区域边界求交，得到交点，生成各切削行的刀具轨迹线段；下图表达了行切法的示意图：

刀具轨迹线段的有序串联。

6、粗加工刀具路径生成算法—Z-map方法

1）Z-map模型方法简介

Z-map模型：被加工零件的近似模型，利用网格点逼近被加工曲面

构造方法：线面求交

2）Z-map模型与G-buffer模型的区别

3）切削区域边界

➢用等高面Zc与Z-map模型求交

●Zij < Zc，记录该网格点P(i, j)

●Zij > Zc，不记录该网格点P(i, j)

●这些被记录的网格点集合{Pij}构成切削区域初始边界点

切削区域确定示意图：

➢切削区域初始边界点筛选（比G-buffer要多的一步检查）

●切削区域的初始边界点可能是干涉点

●对每个初始边界点，搜索其邻域的非边界点

●沿初始边界点邻域的每个非边界点方向，利用投影法进行干涉检查

●如果干涉，则删除该边界点；否则，保留

切削区域边界追踪、切削区域判定和刀具路径生成（行切和环切）均可参照

G-buffer方法。

7、粗加工刀具路径生成算法—直接求交法

1）直接求交法简介

直接求交法：根据等高面与被加工零件表面的交线，规划刀具路径。

构造方法：面面求交

直接求交法示意图：

2）具体方法

●被加工零件与平面交线：被加工曲面集合{Si}(i = 1, 2,…, n)，切削层平面Zc，

则交线集合Curi = Si∩Zc

●计算曲面Si位于切削层平面Zc上方的轮廓线Profi

●为每张被加工曲面规划切削区域：交线Curi与曲面Si的位于切削层平面Zc

上方的轮廓线Profi在平面上的投影Prji构成曲面Si的非切削区域边界Non CutBndi。

●给定刀具半径D，对每个曲面Si的非切削区域边界Non CutBndi按照距离D/2

偏置，获得偏置边界Non CutBndOffi

●边界裁剪合并形成非切削区域。

切削区域判定、刀具路径生成都可以直接参照G-buffer方法。

二、精加工刀具路径生成算法

1、多面体法

1）概述

多面体法就是采用曲面的离散三角片模型计算刀具轨迹，它是目前各商业CAM系统中应用最广泛、计算最稳定的刀具轨迹生成方式之一。

2）算法思想

➢在初始刀位点处，判断刀具表面与多面体中每个三角片的顶点、边和三角面片的干涉关系，计算干涉量并根据干涉量调整刀具，生成无干涉的刀位点。➢即刀具竖直由上向下运动（平行于Z轴），当与多面体模型发生接触时刀具

所在的位置。

3）算法步骤

被加工曲面的多面体模型（UV参数域法）

上图表示了对于参数曲面的三角片离散过程，不停给的细分。

干涉量计算

●为了提高计算速度，在刀具投影域内搜索干涉检查三角片；

●在每个初始刀位点处，计算刀具到每个干涉检查三角片的顶点、边和面的距

离，得到抬刀量。

刀具与三角片顶点、边和面的关系：

无干涉刀位点

刀具以计算得到的最大抬刀量进行抬刀，从而生成无干涉的刀位点。

刀位轨迹生成

顺序连接无干涉刀位点生成刀位轨迹。

2、投影法

1）概述

投影法是UG CAM中使用的三轴刀具轨迹生成算法。

投影法与多面体法的算法思想相同，区别在于：多面体法在消除干涉时，刀具沿着Z轴运动；而投影法在消除干涉时，刀具可以沿着指定的投影矢量运动，从而增加了算法的灵活性。

2）算法内容

●给定投影矢量Vector