[發明專利]復雜平面型腔刀具可加工區域計算方法

有效

• 申請號: 201410102848.5
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103869756B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 杜寶瑞;鄭國磊;初宏震;陳樹林;李恒宇;石葉楠
• 申請（專利權）人: 沈陽飛機工業（集團）有限公司
• 主分類號: G05B19/4099
• 分類號: G05B19/4099
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司21207
• 代理人: 羅瑩

1.一種復雜平面型腔刀具可加工區域計算方法，其特征在于：該方法實現的總流程為：1）平面型腔跨弧計算；2）跨弧有效性判斷；3）觸線鏈構造。

2.根據權利要求1所述的一種復雜平面型腔刀具可加工區域計算方法，其特征在于：

所述步驟1）平面型腔跨弧計算的主要內容有：（1）平面型腔中輪廓環與凸臺環序列化；（2）計算環上邊與點的基本信息；（3）計算平面型腔中存在的跨弧；

所述的步驟2）跨弧有效性判斷的主要內容有：根據幾何與工藝知識建立一系列準則判斷跨弧有效與否；具體準則內容如下：

a、準入準則：若平面型腔的最大內接圓半徑R_i<r，且平面型腔存在跨弧c，c無效；

b、距離準則：任意兩幾何對象a₁與a₂之間存在有效跨弧c_v的必要條件之一是a₁與a₂間最小距離d必須滿足d<R，其中a₁與a₂可為點或者線；

c、優弧準則：有效跨弧c_v必為優弧；

d、同側準則：有效跨弧c_v的圓心必然和滾圓m_g處于同一側位；

e、凸點準則：點P與幾何對象a之間存在有效跨弧的必要條件之一：P必須是凸點，其中a可以是點或者線；

f、瓶頸區域準則：已知環l上跨弧c，c之觸點Pct和礙點Pob均位于l上，按v向遍歷由Pct到Pob間的所有邊線，則有如下準則：

f1、若這些邊線上存在跨弧ci且ci圓心與c圓心距離d<R，則ci無效；

f2、若這些邊線上存在跨弧c_i，c_i圓心與c圓心距離d≥R且這些邊線構成的環的最大內接圓半徑R_i<R，則c_i無效；

g、兩交點準則：若跨弧c與環存在交點P_i，且則c無效；

h、無交叉準則：若觸線e_c上存在相交跨弧c₁與c₂，若c₁與c₂滿足如下兩個條件：

（1）交點只有一個且均不相同；

（2）c₁與c₂的圓心距d<R；

則c₁與c₂均無效；

i、邊點跨弧取舍準則：沿v向，若邊e₁與邊e₂存在跨弧c，e₁僅有一個端點與e₂存在跨弧集合跨弧均滿足無交叉準則，則沿當前v向的c_i無效；

j、共點跨弧取舍準則：若觸點P_ct處存在多個跨弧c_i，滿足無交叉準則，則當滾圓m_g相對基線鏈左向時，滿足兩交點準則的最左側c有效；而當m_g相對基線鏈右向時，滿足兩交點準則的最右側c有效；同理，若礙點P_ob處存在多個c_i，則當m_g相對基線鏈左向時，滿足兩交點準則的最右側c有效，而當m_g相對基線鏈右向時，滿足兩交點準則的最左側c有效；

所述的步驟3）觸線鏈構造的主要內容有：根據觸線所代表的工程語義，將首尾相接且能夠合并成一個封閉環的有序觸線集合稱為觸線鏈，而觸線鏈可以作為平面型腔可加工區域的邊界表示；該步驟可以分以下兩個小步驟：

（1）觸線識別：

<1>根據有效跨弧判定結果計算觸線；

<2>根據有效跨弧判定結果篩選觸線；

觸線篩選遵從準則k：環內觸線無效準則：即，在觸線鏈E_c構造過程中，若有效跨弧c_v的觸點P_ct與礙點P_ob均位于輪廓環l_c或者凸臺環l_s上，沿v向，l_c或者l_s上位于P_ct與P_ob之間的邊線均被視為構建E_c的無效觸線，稱該準則為環內觸線無效準則；

<3>根據可加工區域中跨弧幾何特性按照一定順序遍歷環，其過程遵循準則l：奇偶性準則：即，沿v向，觸線鏈上的跨弧排列順序必須滿足觸點、礙點相間原則，稱此為可加工區域跨弧的奇偶性準則；

<4>考慮特殊情況提取遺漏觸線；

其過程遵循準則m：拾遺準則，即，若平面型腔經奇偶性準則篩選后的剩余邊線全部或部分能組合成一個或數個封閉環，且環的組成邊上無任何有效跨弧，則該環是觸線鏈，稱該準則為拾遺準則；

（2）觸線鏈構造

<1>將獲取的觸線組合成一個或者數個封閉環；將獲取所有觸線組合成一個或者數個有序封閉環，其方法與環序列化類似；

<2>剔除不封閉環；針對前述<1>的計算結果判斷構造的環是否封閉，若不封閉則剔除，最后剩下的觸線鏈就構成了當前直徑刀具在平面型腔中的可加工區域。

3.根據權利要求2所述的一種復雜平面型腔刀具可加工區域計算方法，其特征在于：

所述的（1）平面型腔中輪廓環與凸臺環序列化的過程如下：<1>設置輪廓環與凸臺環的正方向：將最外圍的環稱為輪廓環，記為l_c，代表平面型腔中的孔、下陷與開槽的環也視為輪廓環，并規定逆時針方向為輪廓環正方向；將輪廓環所包圍的非輪廓環稱為凸臺環，記為l_s，定義順時針方向為凸臺環的正方向；<2>根據環正方向序列化環：將草圖上所有環進行序列化，將所有邊按照同一個方向序列化環方向，并根據步驟<1>對環的判定結果判斷各個環序列化方向是否正確，若不正確，則反方向序列化；

所述的（2）計算環上邊與點的基本信息；過程如下：

<1>計算每一條邊相對邊所在環的方向，確定邊的起始點與終止點，具體為：根據環序列化方向判斷當前線段是否符合環方向，若不符合，則需要將起始點與終止點交換位置，最后確定直線段方向與起始點、終止點坐標，根據最后確定的基本信息構建各點的前繼邊與后續邊信息；前繼邊與后續邊的計算方式如下：對于環上的任意一頂點P_i，則P_i必定是由兩條邊e_i，e_j相交而成，從當前環上除P_i外任意一點沿環正方向遍歷環邊線，若先遍歷到的某邊e_m滿足e_m∈{e_i,e_j}，則點P_i的前繼邊，記為e_f，后遍歷到的邊e_n滿足e_m∈{e_i,e_j}，則為點P_i的后續邊，記為e_b；

<2>計算環上頂點的凹凸性；

設待求頂點為P，則P凹凸性的計算方法如下：V_f與V_b分別代表點P的前繼邊e_f與后續邊e_b在P處切向矢量，定義向量V_z(x,y,z)，令V_z=V_f×V_b，若P位于輪廓環l_c上，滿足z<0，稱P為凸點，滿足z>0，稱P為凹點，反之，若P位于凸臺環l_s上，滿足z>0，稱P為凸點，滿足z<0，稱P_i為凹點；不論P_i位于l_c還是l_s上，若z=0，則稱P_i為切點；

所述的（3）計算平面型腔中存在的跨弧，其主要內容包括：

將滾圓與草圖上環的接觸點，稱為觸點，記為P_ct；基線上的連續觸點集合稱之為觸線，記為e_c；在滾圓運動過程中，將迫使滾圓運動方向改變的邊稱為礙邊，滾圓運動方向改變的瞬間礙邊上與滾圓相接的點，稱為礙點，記為P_ob；將從觸點沿滾圓運動方向過渡到礙點的圓弧，稱為跨弧；由于跨弧是連接觸點與礙點的紐帶，規定跨弧也屬于觸線；跨弧可分為兩類：有效跨弧與無效跨弧；若跨弧是組成可加工區域邊界的元素之一，則稱為有效跨弧，記為c_v，否則稱為無效跨弧，記為c_u。