基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证
本文将对基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹生成算法进行实验，并通过实验对该种刀具轨迹规划算法生成的刀具轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹进行比较分析。1 实验对象实验中取一远红外线成像仪的盖子作为实验对象。其实验模型如图1所示。
图1 实验模型 图2 XkN714立式数控床身铣床2 刀具轨迹计算在充分理解算法的基础上，以Matlab为工具，以红外线成像仪上盖为加工对象，算出该平面型腔的加工轨迹。3 实验过程3.1 实验条件实验设备：采用XkN714立式数控床身铣床（见图2），主要参数见表1：表1 机床主要参数主轴最高转速/r・min-1最大进给速度/mm・min-1工作台面/mm最大力矩/N・m60001500750×5005.80加工刀具：Ф6键铣刀。工件材料：铝。3.2 NC程序编制利用程序计算出刀具轨迹点后，将这些单独的点转化为刀具轨迹线。图3为平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹，图4为基于单调链概念的平面型腔行切轨迹。从图中可看出平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹产生了3次抬刀动作，而基于单调链概念的型腔行切轨迹在整个加工过程中没有产生抬刀动作。
图3 平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证
杨春花（云南机电职业技术学院机械工程系，云南 昆明 650203）
摘要：基于单调链技术的型腔行切刀具轨迹的规划方法，特点在于用单调链的数目来抽象描述内外轮廓的多边形几何形状的复杂性，从而建立起抬刀次数与行切行距、内外轮廓多边形的几何形状，内外轮廓多边形的数目之间的具体关系式，并在此基础上，采用相应的算法规定，最大程度地减少了抬刀动作的次数。关键词：数控加工；刀具轨迹；单调链；抬刀次数；行切行距；内外轮廓中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）
31-0018-03 2012年第31/34期（总第238/241期）NO.31/34.2012（CumulativetyNO.238/241）
19图4 基于单调链概念的平面型腔行切轨迹（最后一刀）最后生成NC加工程序。NC加工程序（部分）如下：%O0100N1 G90G54 G80 G00X0Y0Z100.G17 G40 N2 S1200 M03N3 G00 X122.107 Y40.081 Z50.M08N4 Z1.1N5 G01 Z0.1 F400N6 X122.604 Y41.392 Z-0.41N7 X122.8 Y43.Z-1.N8 Y48.8 F800N9 X115.368N10 G02 X106.3 Y49.424 I0.078 J67.345..3.3 加工过程NC加工程序生成以后，对实验对象进行加工，加工过程中两种加工方法均采用同样的加工参数，如表2所示：表2 加工参数表主轴转速/r・min-1进给速度/mm・min-1刀具直径/mm3000900Ф6基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法加工后的零件如图5所示：
图5 加工后的零件4 实验结果比较及分析4.1 轨迹总长度的比较无论采用何种方法加工型腔，其轨迹线的总长度都是很重要的评价指标。生成了轨迹线之后，其长度很容易计算得出，表3是基于单调链概念的平面型腔加工轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹长度的对比表：表3 轨迹线长度对比表比较内容轨迹线长度/mm平面区域加工方法8735.92基于单调链概念的刀具轨迹规划法8162.31百分比6.6%从表3中可以看出本文提出的基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法生成的刀具轨迹比平面区域加工方法生成的刀具轨迹要短6.6%，在加工参数一定的条件下，刀具轨迹线越短则所用的加工时间越短，加工效率就越高。4.2 轨迹连续性的比较加工效率还与各轨迹的连续性有很大的关系。也就是说在加工过程中，抬刀次数越少轨迹越连续，加工所需时间就越少，效率也就越高。反之，加工过程中多次抬刀使加工效率降低的同时也会使加工零件的质量因为系统的误差而降低。抬刀次数的增加对高速加工的影响最大，每次切削开始或结束时都需要加减速，而且对刀具和机床冲击都很大，影响刀具寿命和机床的精度。因此说加工过程中的抬刀次数越少越好。从图3和图4中可以看出两种轨迹规划方法分别所需的抬刀次数。表4就是这两种方法加工中的抬刀次数对比表：表4 抬刀次数比较表轨迹生成方法平面区域刀具轨迹规划方法基于单调链概念的刀具轨迹规划法抬刀次数/次30从表4可看出基于单调链概念的刀具轨迹规划方法生成的刀具轨迹抬刀次数小于平面区域刀具轨迹规划方法生成刀具轨迹的抬刀次数。但在这个实验里效果不是很明显，这是由于实验的对象（远红外线成像仪上盖）型腔比较简单所致。如果把基于单调链概念的型腔行切刀具轨迹规划方法用于型腔1 概述板形精度是带钢的一项主要质量指标和决定其市场竞争力的重要因素。随着汽车、轻工、家电和电气制造等工业用户对板形质量要求的不断提高，板形控制技术已成为轧钢领域最核心最复杂的技术之一，是继板厚控制之后世界各国开发研究的又一热点问题。文献[2]至文献[5]分别对各种板形技术进行了研究和分析，记录了板形控制技术的进展轨迹。2 冷轧板形残差消除方法 由于各机械类板形调节机构本身机械特性的限制，冷轧板在经过支撑辊倾斜机构、中间辊弯辊机构、工作辊弯辊机构、中间辊横移机构等机械类板形调节机构的调节后，仍会存在板形残差。在轧制时，轧辊，尤其是工作辊，由于轧制时产生的热量，其辊身会产生一定的热凸度，在控制上，通常通过对轧辊，例如工作辊，进行有区别的一种冷轧板形残差消除方法
黄杏往 王胜勇 卢家斌 叶刚桥（中冶南方（武汉）自动化有限公司，湖北 武汉 430205）
摘要：文章涉及一种冷轧板形残差消除方法，是一种先为轧辊包括工作辊的每一个冷却分区设置一个冷却液开关阀，再根据轧辊与冷却液间的传热原理及PI闭环控制原理对该开关阀进行有效的控制，以消除相应冷却分区上的冷轧板形残差的方法。关键词：冷轧板；板形残差；PI调节；传热；控制中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0020-03
比较复杂的零件，其效果将更明显。5 结语本文给出了基于单调链的型腔行切刀具轨迹规划方法NC加工程序的实现、整个实验的条件及过程；对基于单调链的型腔行切刀具轨迹规划方法与平面区域刀具轨迹规划方法在加工中的轨迹线长度和抬刀次进行了比较。从实验结果的比较及分析可知，基于单调链的平面型腔行切轨迹规划方法生成的刀具轨迹长度比平面区域加工方法生成的刀具轨迹长度要短6.6%，并使加工过程中抬刀次数减少，轨迹连续性变好，从而可提高加工效率及表面质量。参考文献[1] 杨春花．数控加工刀具轨迹规划方法研究[D]．西安交通大学，2007．[2] 谢叻，周来水，周儒荣．二维轮廓加工刀具轨迹生成的一种新方法[J]．机械设计与研究，1998（4）：61-63．[3] 周济，周艳红．数控加工技术（第1版）[M]．北京：国防工业出版社，2002．[4] 马宏余，范牧昌．基于铣削特征的刀具轨迹生成[J]．华东船舶工业学院学报，2000，14（1）：60-66． 作者简介：杨春花（1980-），女，云南昆明人，云南机电职业技术学院机械工程系教师，讲师，工学硕士，研究方向：机械自动化。（责任编辑：
王书柏） 2012年第31/34期（总第238/241期）NO.31/34.2012（CumulativetyNO.238/241）
基于残留高度约束的插刀粗加工刀位轨迹生成算法
《模具工业》2003.No.7总26915
装参数、行程参数是否正确。
6结束语所建立的磁芯模CAD系统,已投入使用,系统
可靠、实用性强,能明显地缩短产品的开发周期并
提高模具的设计质量。软件设计及开发方法虽以磁芯模为研究对象,但不乏普遍性,有一定的推广价值。参考文献:[1]陈炎嗣,郭景仪.冲压模具设计与制造技术[M].北
京:北京出版社,1991.[2]许社教.计算机绘图[M].西安:西安电子科技大学
出版社,1998.[3]郭平平,梁帆.AutoLISP＆DCL从入门到精通[M].北京:科学出版社,2001
.1引言
数控加工广泛应用于自由曲面的加工,是CAD/CAM的重要组成部分,而刀具轨迹的生成则
是数控加工的关键环节。刀具轨迹的生成算法直接
影响到加工质量和效率。关于数控加工刀具轨迹的生成主要有参数线法、截平面法、投影法、等残留高
度法等[1]。针对工件各自的特点,可以用1种或几种
不同方法的组合来完成数控加工的粗加工和精加
工。粗加工的主要目的是快速切削毛坯,通常粗加工中去除的材料体积是精加工的5～10倍,并且粗加工占用了大部分的机加工工时,故提高粗加工的
效率对于提高整个数控加工过程的效率具有重要意义。随着机床制造技术的发展和各种优质加工刀具
的出现,在数控加工中出现了1种高效的粗加工方
法,即钻削式粗加工(plunge),一般也叫插刀加工(以下均称之为插刀加工)。它是将铣刀像钻头一样
沿曲面向下钻削式加工,这种钻削式加工方法对机
床和刀具都有较高的要求,通常能提供这种加工方
式的CNC机床都有很好的稳定性及整体刚性,所使用的刀具要求有很高的硬度、很好的韧性和耐磨
性。该加工方法已经成功应用到实际数控加工中,
有支持这种加工方法的CNC机床。实践证明,插刀加工方法的最大优势就是其加工效率比普通曲面粗
加工高出几倍。——————————————————————作者简介:巫新海(1975-),男,四川成都人,在读硕士,主要从事CAD/CAM及图像处理方面的研究,地址:浙江大学机械学院现代制造工程研究所。电话:(0571)87951061收稿日期:2003-01-09基于残留高度约束的插刀粗加工刀位轨迹生成算法
五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真
2010年 第55卷 第25期：2510 ~ 2519
英文版见
: Ding H, Bi Q Z, Zhu L M, et al. Tool path generation and simulation of dynamic cutting process for five-axis NC machining. Chinese Sci Bull, 2010, 55, doi: 10.1007/s11434-010-3247-8 评 述 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真 丁汉①, 毕庆贞②, 朱利民②, 熊有伦① ① 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室, 武汉 430074; ② 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室, 上海 200030 E-mail: dinghan@ 2009-10-09收稿, 2009-12-29接受 国家重点基础研究发展计划(2005CB724103)和国家自然科学基金重点项目(50835004)资助 摘要 五轴数控加工是航空、航天、能源和国防等领域中高效加工复杂零件的有效手段, 是提升我国制造水平的技术突破口. 从五轴数控加工的优势出发, 描述在刀具路径规划、几何-力学集成仿真和动力学仿真三个方面的关键问题, 重点介绍基于可达性的刀轴方向优化、三阶点接触和线接触成形刀位规划、刀具包络面解析法求解和加工过程稳定性分析等方面的最近研究进展, 分析存在的问题, 并展望未来的发展趋势. 关键词 五轴数控 刀具路径 几何-力学集成仿真 动力学仿真 传统的三轴数控加工通过控制刀具平动来完成零件的加工, 五轴数控机床是由三轴机床增加两个旋转自由度构成, 利用这两个旋转轴, 五轴数控机床可以使刀具处于工作空间内的任意方向. 五轴数控加工的优势主要通过控制刀轴方向实现, 具体体现在: (1) 改变刀轴方向可以避免刀具和零件干涉, 实现整体叶轮和螺旋桨等复杂曲面零件的加工; (2) 通过调整刀轴方向能够更好地匹配刀具几何与工件曲面, 增加有效切宽, 实现大型敞口类曲面零件的高效加工; (3) 控制刀轴方向可以改善加工条件, 如在加工叶轮根部等曲率较大的区域时, 只能用刚度较低的小半径刀具, 选择合理的刀轴方向, 可以缩短刀具悬伸量, 控制刀轴方向还可以控制刀具参与切削的区域, 降低切削力和减少刀具磨损, 提高加工表面质量. 五轴数控加工具有上述优势的同时也带来了新的挑战, 由于旋转运动的引入, 刀轴姿态更加灵活, 在机床坐标系下难以直观想象出刀具相对于工件的运动, 增加了刀具路径规划的难度, 而且刀具上各点的进给速度并不相同, 加工条件瞬时变化, 使切削力预测和动力学问题更加复杂. 目前的研究工作主要体现在3个方面[1]: 刀具路径规划、加工过程的几何-力学集成仿真和动力学仿真, 如图1所示. 刀具路径 规划是根据零件模型、加工方案和误差要求生成刀具相对于工件运动轨迹的过程, 生成的刀具路径对加工质量和加工效率有决定性的作用, 是加工过程几何-力学集成仿真的基础. 几何-力学集成仿真中的几何是指材料去除过程中刀具与工件之间的切削几何, 集成仿真是指集成切削几何和切削力模型来预测加工过程中的动态切削力, 是基于切削力规划进给率、预测和补偿刀具与工件变形等工作的基础, 也可以为动力学仿真提供力学信息. 动力学仿真是在切削力、机床-刀具-工件系统动力学特性基础上预测加工过程稳定性和工件表面形貌的过程, 是根据加工过程的动态特性优化工艺参数和刀具路径的基础. 图1 五轴数控加工工艺的关键问题
基于单调链的平面型腔行切加工轨迹生成算法
第３０卷第４期 华中科技大学学报（自然科学版） ２００２年４月 』Ｈｕａｚｉｘｍｇ Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｓｃｉ＆Ｔｅｃｈ（ｉＮａｌｕｒｅ Ｓ￣－ｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０ｌ ３０ Ｎｏ ４ Ａｐｒ ２００２
基于单调链的平面型腔行切加工轨迹生成算法
盛沛颤 陈 钢 张新访
（华中科技大学机械科学与工程学院）
摘要：针对平面型腔行切加工刀具轨迹生成中如何合理而晟大程度地减少在加工刀具轨迹中产牛的跳 动
作的次数，提出了一种基于单调链技术的行切刀具轨迹生成算法，从而使对给定平面型腔而产生的行切 具
轨迹最大程度地减少了跳刀动作的次数而且针对给定的复杂平面型腔 该算法可 预先分析出可能产生的
昂大跳刀次数这一算法已在实际开发的Ｃ，ａ２￣ｌ系统中成功实现．
关键词：平面型腔行切加工；单调链；刀具轨迹；跳刀动作
中图分类号：ＴＨ１６１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１．４５ｌ２（２００２）０４．００１０．０３
型腔加工被广泛应用于航空、汽车、模具制造
业等领域，其中平面型腔加工又是型腔加工中最
重要、应用最广泛的加工其刀具轨迹生成从加工
策略上大致可分为两种类型：环切方式和行切方
式．
与环切加工相比，行切加工刀具轨迹主要由
一系列与某一恒定方向（如水平方向）平行的长距
离直线段组成，既有利于发挥机床的最大进给速
度，同时其切削表面质量也好于环切加工…Ｉ．但
是，对于带有多个凸台从而形成多个内轮廓的复
杂的平面型腔采用行切加工方式时，常常会产生
附加的跳刀动作，即在刀具轨迹某些处，或者为避
免刀具与凸台发生干涉，或者为使刀具回至剩余
未加工区域，就要让刀具抬起，使之距加工平面一
定高度，再平移至另外一刀具轨迹起始处，然后继
续切削动作
在实际加工中，如果在行切刀具轨迹规划中
产生大量的附加跳刀动作，则会严重降低切削加
工的效率与加工质量因此，如何合理而最大限度
地减少在行切加工刀具轨迹中产生的跳刀动作的
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
基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证
本文将对基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹生成算法进行实验，并通过实验对该种刀具轨迹规划算法生成的刀具轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹进行比较分析。1 实验对象实验中取一远红外线成像仪的盖子作为实验对象。其实验模型如图1所示。
图1 实验模型 图2 XkN714立式数控床身铣床2 刀具轨迹计算在充分理解算法的基础上，以Matlab为工具，以红外线成像仪上盖为加工对象，算出该平面型腔的加工轨迹。3 实验过程3.1 实验条件实验设备：采用XkN714立式数控床身铣床（见图2），主要参数见表1：表1 机床主要参数主轴最高转速/r・min-1最大进给速度/mm・min-1工作台面/mm最大力矩/N・m60001500750×5005.80加工刀具：Ф6键铣刀。工件材料：铝。3.2 NC程序编制利用程序计算出刀具轨迹点后，将这些单独的点转化为刀具轨迹线。图3为平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹，图4为基于单调链概念的平面型腔行切轨迹。从图中可看出平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹产生了3次抬刀动作，而基于单调链概念的型腔行切轨迹在整个加工过程中没有产生抬刀动作。
图3 平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证
杨春花（云南机电职业技术学院机械工程系，云南 昆明 650203）
摘要：基于单调链技术的型腔行切刀具轨迹的规划方法，特点在于用单调链的数目来抽象描述内外轮廓的多边形几何形状的复杂性，从而建立起抬刀次数与行切行距、内外轮廓多边形的几何形状，内外轮廓多边形的数目之间的具体关系式，并在此基础上，采用相应的算法规定，最大程度地减少了抬刀动作的次数。关键词：数控加工；刀具轨迹；单调链；抬刀次数；行切行距；内外轮廓中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）
31-0018-03 2012年第31/34期（总第238/241期）NO.31/34.2012（CumulativetyNO.238/241）
模具型腔高效加工的分片轨迹规划研究
第２０卷第１期 ２０１０年３月 天 津 工 程 师 范 学 院 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＩＡＮＪＩＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ Ｖ０Ｉ．２０ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０１０
模具型腔高效加工的分片轨迹规划研究
黎振，孙丽杰，蔡玉俊，潘鑫
（天津工程师范学院高速切削与精密加工重点实验室，天津３００２２２）
摘要：为了实现模具型腔的高效数控加工，提出了一种基于切削带宽方向分区的轨迹规划方法。该方法先将参数 曲面进行离散，然后求出各离散点的任意切削带宽方向与带宽大小的关系函数；在ｕｖ参数图上表示出此点在取得 最大切削带宽条件下的带宽方向，并对离散点的带宽方向进行聚类划分；分片后，根据切削带宽的方向对各分片区 内首条加工轨迹进行优化；进而使用等残留高度轨迹规划方法，生成模具型腔精加工的刀具轨迹。仿真证明，该方法 能有效地提高加工效率。 关键词：模具型腔：带宽函数；路径规划；等残留高度 中图分类号：ＴＧ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１０１８（２０１０）０１—００１５—０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐａｔｃｈｅｄ ＮＣ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ
ＬＩ Ｚｈｅｎ，ＳＵＮ Ｌｉ－ｊｉｅ，ＣＡＩ Ｙｕ－ｊｕｎ，ＰＡＮ Ｘｉｎ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｃｕｔｔｉｎｇ＆Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＴＵＴＥ），Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ，ｔｈｅ ｐａｔｃｈｅｄ ＮＣ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ．Ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｒｅ ｄｉｓ— ｃｒｅｔｉｚｅｄ，ｔｈｅｎ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ ｐｏｉｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｃｕｔｔｉｎｇ ｂａｎｄｗｉｄｔｈｓ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｏｆ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ ｆｏｕｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｏｉｎｔ ｕｎｄｅｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｎｌａｘｉｍｕｍ ｃｕｔｔｉｎｇ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｎ ｔｈｅ ＵＶ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅ ｓｈｏｗｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｏｉｎｔｓ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｃｌｕｓｔｅｒ．Ｆｏｒ ｅａｃｈ ｐａｔｃｈｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｏｏｌｐａｔｈ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｕｂ—ａｒｅａ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒ，ｔｏｏｌｐａｔｈ ｏｆ ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｓｏ—ｓｃａｌｌｏｐ ｈｅｉｇｈｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｍｏｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｅｔ ＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｌｄ ｃａｖｉｔｙ；ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｔｏｏｌｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ；ｉｓｏ—ｓｃａｌｌｏｐ ｈｅｉｇｈｔ
基于单调链的行切刀具路径生成算法
第１７卷第１期 ２００８年３月 计 Ｃｏｍ 机辅助工程 ｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ＿１７ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０ｏ８
文章编号：１００６—０８７１（２００８）０１．００５２．０４
基于单调链的行切刀具路径生成算法
贺显良， 谢明红
（华侨大学机电及自动化学院，福建泉州３６２０２１）
摘要：针对国内计算机辅助制造（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＣＡＭ）研究和应用中行切刀具路
径跳刀频繁的问题，提出１种机械零件复杂型腔加工的行切刀具路径生成算法．该算法应用并扩 展计算机图形学中边表和活性边表的概念，建立描述刀具路径节点坐标信息和左右关系的节点表，
将围成加工区域的轮廓分解为单调链并建立单调链表，通过单调链表建立刀具路径节点的前后关
系，最后按照一定链接原则链接所有节点从而生成刀具路径．实例表明该方法快速稳定可靠，能减 少跳刀次数．
关键词：计算机辅助制造；计算机辅助设计；行切；单调链；刀具路径 中图分类号：ＴＰ３９１．４１；ＴＨ１６１．２２ 文献标志码：Ａ
Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｎｏｔｏｎｅ ｌｉｓｔ
ＨＥ Ｘｉａｎｌｉａｎｇ，ＸＩＥ Ｍｉｎｇｈｏｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇ．＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖ．，Ｑｕａｎｚｈｏｕ Ｆｕｊｉａｎ ３６２０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ￣ｅｑｕｅｎｔ ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｖ ａｎｄ ａｐ－ ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＣＡＭ）ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａ１． １ｅｌ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃａｖｉｔｙ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒｔｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｕｓｅｓ ａｎｄ ｅｘ． ｔｅｎｄｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｅｄｇｅ ｔａｂｌｅ ａｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｅｄｇｅ ｔａｂｌｅ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，ａｎｄ ｃｒｅａｔｅ ｎｏｄｅ ｔａｂｌｅｓ ｔｈａｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｎｏｄｅｓ ａｎｄ ｒｉｇｈｔ．１ｅｆｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ．Ｔｈｅ ｃ０ｎｔ０ｕｒｓ ｔｈａｔ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｒｅａｓ ａｒｅ ｂｒｏｋｅｎ ｉｎｔｏ ｍｏｎｏｔｏｎｅ ｌｉｓｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｎｏｔｏｎｅ ｌｉｓｔ ｔａｂｌｅｓ ａｒｅ ｃｒｅａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｏｒ－ ｄｅｒ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ ａｒｅ ｃｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍｏｎｏｔｏｎｅ ｌｉｓｔ ｔａｂｌｅｓ．Ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ．ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｎ０ｄｅｓ ａｒｅ ｌｉｎｋｅｄ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｔｏｏｌ ｐａｔｈｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｌｉｎｋｉｎｇ ｒｕｌｅｓ．Ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｆａｓｔ，ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｏｏｌ ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＡＭ；ＣＡＤ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｌｌｅｌ；ｍｏｎｏｔｏｎｅ ｌｉｓｔ：ｔｏｏｌ ｐａｔｈ
最短路优化的复杂型腔刀具轨迹规划算法
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廓环各边$
比较各边端点!
坐标值的大小$
以此确定环
中!
坐标值最小的端点$
如
图"
所示$
找出其中!
值最
小的顶点$
设此点为D
!$
同时
得到其相连的边的两个点D
"
和D
’’
最后是识别环的方向$
其判断方法如下*
如果D
"D
!
kD
!D
’值为负$
为顺时针环$
否则为逆时针环#
7
环的等距生成
由于轮廓是由一系列直线和圆弧所组成$
因此$
环
的基本元素的等距实际上包括直线段和圆弧段的等
距#
直线段等距*
假设直线段的起点为D%D
!$D
"&$
其
终点为E%E
!$E
"&$
等距偏移值为0$$
为单位法矢*
$6
7E
"7D"
:DE:$E
!7D![]
:DE:
则等距偏移后的直线段的起点和终点矢量值为
-
D6DF0!?
D-
E6EF0!?
E
圆弧段等距*
假设圆弧的圆心为%%%
!$%
"&$
其起
点为D%D
!$D
"&$
终点为E%E
!$E
"&$
等距偏移值为0$$
为单位法矢*
$
D6
7D
!7%!
:%D:$D
"7%"[]
:%D:
$
E6
7E
!7%!
:%E:$E
"7%"[]
:%E:
则等距偏移后的圆弧起点和终点矢量值为
-
D6DF0!?
D-
E6EF0!?
E
8
环的连接
轮廓环经过原始等距后$
由于没有考虑所有元素
之间的关系$
这样就使等距环中有可能出现元素之间
的分离和相交#
为了对初始环进行连接$需要根据元
9
环切刀具轨迹的生成
9S5
最短路理论
在计算出型腔轮廓和岛屿轮廓的等距线后$
必须
将这些等距线合并$
才能生成无干涉刀具轨迹#
如果
某条等距线上有交点$
由于型腔轮廓和岛屿轮廓的等
距线是封闭曲线环$
故当这些等距线组合在一起时$
被
交点分割成若干个曲线环#
为了正确求解等距环$
规定型腔轮廓环逆时针取
向$
岛屿轮廓环顺时针取向#
将上述生成的所有等距
线段构造成若干曲线环$
然后分别判断各等距环的方
向#
如果型腔轮廓和岛屿轮廓相交$
则去除顺时针方
向的轮廓部分而保留逆时针方向的’
如果无相交$
则保
留各自的等距轮廓#
由于等距线连接是根据型腔轮廓"
机械制造技术基础复习题及答案
机械制造技术基础复习题及答案
篇一：机械制造技术基础复习题及详细答案
一、填空选择题（30分）
1．刀具后角就是所指后刀面与焊接平面间的夹角。2．来衡量焊接变形的方法存有变形系数与位移系数，两种，当切削速度提升时，焊接变形增加）。3．精车铸铁时高文瑞用yg3；细车钢时，高文瑞用yt5。4．当进给量减少时，切削力（减少），焊接温度（减少、）。5．粗磨时，应当挑选（硬、）砂轮，打浆时应挑选（密切、）非政府砂轮。6．合理的刀具耐用度包含tc，与tp两种。7．移调车刀的切削性能比冲压车刀（不好，，粗加工孔时，应当挑选（、麻花钻）刀具。8．机床型号由字母，与数字按一定规律排序共同组成，其中符号c代表车床、
9．滚斜齿与滚直齿的区别在于多了一条（、附加运动）传动链。滚齿时，刀具与工件之间的相对运动称（成形运动、。
10．展开精加工时，应当挑选（切削油），为提升焊接加工性，对高碳钢材料应当展开（淬火，）处置。11．定位基准与工序基准不一致引发的定位误差表示（基准不重合）误差，工件以平面定位时，可以不考量（基准边线）误差。12．机床生产误差就是属（系统、）误差，通常工艺能力系数cp应当不高于（二级、）。13．在常用三种包住机构中，增力特性最出色的就是螺旋机构，动作最快的就是圆偏心机构14．一个浮动车轴可以消解1、）个自由度，一个短的v型块可消除（4，）个自由度。
15．工艺过程是指用机械加工方法直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性能，使之成为合格零件的过程。
二、外圆车刀焊接部分结构由哪些部分共同组成？绘图则表示外圆车刀的六个基本角度。（8分后）外圆车刀的焊接部分结构由前刀面、后刀面、付后刀面、主焊接刃、交焊接刃与刀尖共同组成。六个基本角度就是：ro、αo、kr、kr’、λs、αo’
三、简述切削变形的变化规律，积屑瘤对变形有什么影响？（8分）变形规律：ro↑，λh↓；vc↑，λh↓；f↑,λh↓;hb↑,λh↓
基于网格化局部差值拟合的自由曲面加工路径规划方法_王怡然
收稿日期:2009年9月基于网格化局部差值拟合的自由曲面加工路径规划方法
王怡然,刘日良,张承瑞
山东大学;高效洁净机械制造教育部重点实验室
摘要:基于网格化局部插值拟合的曲面加工路径规划方法是在传统的等参数离散法基础上,对离散的密集的刀心点云进行网格化重新规划。提出了一种对刀心点云投影并进行网格化的新方法。在网格点局部根据临近的刀心点进行局部插值拟合的方法得到新的刀心点,在保证刀心点集能够满足重建要求的前提下,使加工路径规则化。可以根据误差计算公式对网格密度和离散密度进行判断和调整以实现优化。关键词:自由曲面;数控加工;路径规划;CAM中图分类号:TG702文献标志码:A
Grid-basedLocalInterpolationandFittingforFree-formSurface
MachiningPathPlanningMethod
WangYiran,LiuRiliang,ZhangChengrui
Abstract:Basedontraditionalisoparametricplanningmethod,ingthismethod,pointscloudoftoolcenterareprojectedandgridded,theninterpolateorfitatgridpointswithlocaltoolcenterpoints,andatlastnewtoolpathcanbegenerated.Withhelpoferrorfunc-tion,thedensitiesofgridanddispersioncanbejudged,adjustedandoptimized.Keywords:free-formsurface;CNCmachining;pathplanning;CAM