基于等残留高度的光顺刀具轨迹规划算法
中图分 类号 ： Ｈ１ ，Ｂ ７ 文献 标识 码 ： Ｔ ６Ｔ ４ ２ Ａ
１ 等残 留高度光顺刀具轨迹算法思想
截面线法 ， 等残留高度法等１ ５ １ 。在这些方法 中， 等残 留高度法是一
提高了加工效率 。但这种方法易受 曲面曲率影响 ， 导致刀具轨迹 等残 留高度光顺刀具轨迹规划算法是建立在 等残 留高度刀
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【 摘
要】 提出了一种新的等残留高度光顺刀具轨迹规划算法。针对数控加工中高速铣削时刀具轨迹
尖 目前数控加工刀具轨迹规划 的方法很多 ， 包括等参数线法 ， 线 出现 拐点 、 点 而 影 响加 工 质 量 。
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规划方法进行比较和研究， 以参数曲面为例， ｍ ｔ ｂ 用 ａ ａ 软件对此算法进行编程， ｌ 通过控制轨迹线的曲率来保 证刀具轨迹光顺性， 有利于获得好的加３质量。尤其是对高 － 速铣削加工， 此算法具有较大的实际应用价值。
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关键词： 等残留高度； 光顺； ａａ ； ｍ ｔ ｂ高速铣削 ｌ
【 ｂｔ ｃ】 ｅ ｏｓ ｎ ｓａｏ —ｅ ｈ ｔ ｌ ａ ｌ ｎ ｇａ ｏ ｔ Ｏ ｐｅｅｔ ． ｅ ｏｌ ａ Ａ ｓ ａｔ Ａ ｎｗｃｎｔ ｔｃｌｐ ｈｉ ｔｏ － ｔ ｐａ ｉ ｇｒｈ ＷＳ ｒ ｎ ｄ ｈ ｏ ｐ ｈ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ ｐ ｈ ｎ ｎ ｌ ｉ ｍ ｓ ｅ Ｔ ｔ －ｔ
李 占君 王 霞 黎 振
（安 １ －学 院 机械 工程 系 ， 阳 ４ ５０ ） 天津 工程师 范学院 ， １ ３１ １－ ３ 安 ５ ００ （ 天津 ３ ００ ） ０ ２０
Ｓｍｏ ｔ ｏ ｌ ｐ ｔ ｌｎ ｉｇ ａ ｇ ｒ ｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏｎ ｔ ｎ ｃ ｌ － ｅｇ ｔ ｏ ｈ ｔ ｏ － ａ ｈ ｐａ ｎｎ ｌ ｏ ｉ ｍ ａ ｅ ｎ ｃ ｓ ａ ｔｓ ａ ｌ ｈ ｉｈ ｔ ｏｐ
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第 ６期 ２１ ００年 ６月
机 械 设 计 与 制 造
、
Ｍａ ｈｎ ｒ Ｄｅｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓ ｇ
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Ｍａ ｕａ ｔｒ ｎ ｆｃｕ ｅ
２３ ４
文 章 编 号 ：０ — ９ ７ ２ １ ）６ ０ ４ — ３ １０１３ ９ （ ０ ０ ０ — ２ ３ ０
基 于等残 留高度 的光顺刀具轨迹规 划算法
Ｌ ｈ ｎ ｎ， Ｎ ｉ Ｌ ｈ ｎ Ｉ ａ ￣ｕ ＷＡ Ｇ Ｘ ａ，Ｉ ｅ Ｚ Ｚ
（ Ａｎ ａ ｇＩｓｉ ｔ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ Ａｎ ａ ｇ４ ５ ０ Ｃｈｎ ） ’ ｙ ｎ ｎ ｔ ｕｅｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｙ ｎ ５ ０ ０， ｉａ ｔ
（Ｔａｊ ｎｖｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏｏｙａ ｄＥ ｕ ａｉ ，ｉｎｉ ３ ０ ０ ， ｈｎ ） ｉｎｉ Ｕ ｉ ｓｙ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｄ ｃｔ ｎ Ｔａｊ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ ｎ ｅ ｉ Ｔ ｏ ｎ
基于残留高度控制的椭球面铣削螺旋刀轨
Ellipsoid Milling Helical Tool Path Based on Scallop -
Height Control
作者： 郭永亮;赵华
作者机构： 天津机电职业技术学院产学研中心,天津300131
出版物刊名： 天津职业院校联合学报
页码： 46-51页
年卷期： 2014年 第2期
主题词： 残留高度;椭球面;螺旋线;刀具轨迹
摘要：针对光学领域的高精度椭球面加工，文章提出了使用基于残留高度控制的螺旋刀具轨迹加工椭球面的方法。
推导出了椭球面与球面之间的几何关系，提出了用NX UG软件快速进行椭球面建模的方法；对椭球面的残余高度进行分析，得出了椭球面球刀加工的残留高度及刀轨行距的近似计算公式；推导出了包络椭球面的螺旋线的参数方程，利用NX UG软件建立了包络椭球面的螺旋线，并根据残留高度要求确定螺旋线的圈数；通过实例验证了通过生成的螺旋线驱动生成刀具轨迹，进行仿真后，结果满足理论粗糙度的要求。
六轴义齿加工机床走刀轨迹规划及刀位点提取算法
在以 XY 平面作截面的双刀走刀路径规划中，工件表面 被投影到 XY 平面上，形成一个二维轮廓。切削刀具按照该 轮廓进行切削，可以适应不同形状和复杂度的工件加工需 求。其具体步骤如下。1）创建切削轮廓。将工件的三维模 型数据转换为二维切削轮廓，可以通过 CAD 软件或 CAM 软 件来完成，根据设计要求生成工件的投影轮廓。2）设定切 割参数。设置切割参数，包括刀具直径、切削深度、进给速 度和主轴转速等，以确保切削过程能够达到所需的精度和表 面质量要求。3）生成路径程序。根据上述参数和约束条件， 利用数控编程软件生成刀具的路径程序。该程序包括刀具的 起始位置、刀具路径、进给速度和主轴转速等信息。4）路 径优化。根据工件轮廓的形状和复杂度对路径进行优化，以 减少刀具运动的时间和空间。常见的优化算法包括最短路径 算法、最优曲线拟合算法等。
连续切削法。在这种方法中，刀具的走刀路径是根据工件的
几何形状和切削要求确定的。刀具路径由连续的曲线组成，
刀具绕工件轮廓旋转切削。该走刀方法涉及曲线长度公式，
相关工作人员通过对曲线方程进行积分，可得曲线的长度，
如公式（1）所示。
=L
∫ [a,b]
1
+
dy dx
2
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dx
（1）
式中 ：L 代表曲线长度。
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中国新技术新产品 2024 NO.3（下）
工业技术
运动参数 径向进给速度 轴向进给速度
切削速度 进给速度 主轴转速 加速度 停顿时间 刀具半径补偿 切削深度 刀具半径
表 1 参数线法各项运动参数
含义 刀具在径向方向上每单位时间移动的距离 刀具在轴向方向上每单位时间移动的距离
五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法
五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法五轴联动数控加工是一种高精度、高效率的加工方式，可以实现对复杂曲面的加工。
在五轴联动数控加工中，刀具轨迹控制算法起着至关重要的作用，决定了加工精度和效率。
本文将介绍几种常见的刀具轨迹控制算法，并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 五轴联动数控加工概述五轴联动数控加工是指在数控加工机床上，通过同时控制五个坐标轴的运动，实现对工件的加工。
相比于传统的三轴加工，五轴联动可以更加灵活地加工复杂曲面，提高加工质量和效率。
2. 刀具轨迹控制算法的作用刀具轨迹控制算法是五轴联动数控加工中的关键技术之一。
它可以根据工件的三维模型和加工要求，计算出刀具在加工过程中的运动轨迹，从而实现精确的加工。
刀具轨迹控制算法的好坏直接影响加工精度和效率。
3. 刀具轨迹控制算法的分类刀具轨迹控制算法可以分为两类：离散点算法和曲线插补算法。
离散点算法是指将工件曲面离散化为一系列离散点，然后通过逐点加工来实现曲面加工。
常见的离散点算法有直线连接法、圆心法和切点法等。
这些算法简单直观，适用于加工简单曲面。
曲线插补算法是指根据工件的曲线方程和刀具半径，通过插补计算出刀具的运动轨迹。
常见的曲线插补算法有圆弧插补法、曲线插补法和样条插补法等。
这些算法可以实现对复杂曲面的高精度加工。
4. 圆弧插补算法圆弧插补算法是五轴联动数控加工中最常用的一种刀具轨迹控制算法。
它通过计算刀具半径和工件曲线的切向方向，确定刀具的圆弧插补路径。
圆弧插补算法具有计算简单、加工效率高的优点，适用于多数加工场景。
5. 曲线插补算法曲线插补算法是一种更加精细的刀具轨迹控制算法，可以实现对复杂曲面的高精度加工。
曲线插补算法通过计算刀具在曲线上的切向方向和曲率，确定刀具的插补路径。
与圆弧插补算法相比，曲线插补算法需要更复杂的计算和控制，但可以实现更高的加工精度。
6. 样条插补算法样条插补算法是一种基于数学样条曲线的刀具轨迹控制算法。
它通过计算曲面上的样条曲线，将刀具的运动路径进行插补。
基于双PH曲线五轴线性刀具路径光顺轨迹生成及其参数同步方法
基于双PH曲线五轴线性刀具路径光顺轨迹生成及其参数同步
方法
陶廷江;韩江;姜阳;卢磊;黄晓勇;夏链
【期刊名称】《合肥工业大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(45)11
【摘要】针对五轴线性路径加工轨迹在拐角处切向向量不连续导致加工效率低和运动不平稳等问题,文章提出一种基于双五次PH(Pythagorean-hodograph)曲线的五轴线性路径局部拐角光顺方法,其中一条PH曲线对刀尖点线性路径进行光顺,另一条PH曲线在单位球面上对刀轴矢量线性路径进行光顺;刀尖点和刀轴矢量近似误差通过一种几何方法解析约束,可实现五轴光顺轨迹近似误差可控;通过推导过渡曲线和原始线性轨迹在衔接点处刀轴矢量几何导数连续条件,使得光顺后刀具路径能达到G^(2)连续,并实现刀尖点和刀轴矢量PH曲线参数同步。
仿真结果表明,该文提出的五轴线性路径局部拐角光顺方法可实现刀尖和刀轴矢量的近似误差严格控制,且刀尖和刀轴矢量通过拐角时连续变化;该方法提高了五轴局部拐角光顺计算效率,有利于集成到数控系统中并实现五轴线性路径加工轨迹在线光顺。
【总页数】8页(P1460-1466)
【作者】陶廷江;韩江;姜阳;卢磊;黄晓勇;夏链
【作者单位】合肥工业大学机械工程学院;安徽省智能数控技术及装备工程实验室【正文语种】中文
【中图分类】TH164
【相关文献】
1.基于五轴加工的严格插值刀具轨迹生成中刀位的优化
2.基于极坐标投影法的五轴加工刀具路径生成法
3.基于参数线法的填充曲线刀具路径生成方法研究
4.面向五轴联动高速加工的等距双NURBS刀具路径光顺方法
5.收割机搅龙五轴数控加工刀具路径规划——基于UG仿真和曲线插补
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基于STEP-NC的NURBS曲面刀具轨迹规划
基于STEP-NC的NURBS曲面刀具轨迹规划
梁文潮;张平;贺明
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2013(026)003
【摘要】为实现新一代基于STEP-NC的数控系统的实时插补与智能加工要求,设计了统一的数据结构以集成CAD/CAPP/CAM的完整信息.利用VC++6.0开发了一个基于STEP-NC的NURBS曲面信息提取算法.该算法采用KMP匹配算法对STEP-NC的信息进行提取,提取的信息存储于上述数据结构中；应用OpenGL技术对所提取的数据进行了重现,并通过等参数线法实现该曲面的刀具轨迹规划.该算法的实验表明,所设计的算法正确可信.
【总页数】6页(P178-183)
【作者】梁文潮;张平;贺明
【作者单位】广东工业大学机电工程学院,广州广东510006;广东工业大学机电工程学院,广州广东510006;广东工业大学机电工程学院,广州广东510006
【正文语种】中文
【中图分类】TG71
【相关文献】
1.基于CPU-GPU的NURBS曲面并行刀具路径规划方法 [J], 俞武嘉;毕洋强;周绍生
2.基于STEP-NC的NURBS曲面插补方法研究 [J], 李丽;孙军;王军
3.基于STEP-NC的NURBS曲面插补五轴数控系统 [J], 梁宏斌;李霞
4.基于STEP-NC的自由曲面刀具路径生成术的研究 [J], 李建克;田锡天;杜娟;张振明
5.基于Voronoi图的复杂曲面加工刀具轨迹规划 [J], 王军;郭保苏;何志新
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自由曲面数控加工刀具轨迹映射算法
Internal Combustion Engine&Parts0引言实际工程应用中，形状相对比较复杂的自由曲面，其刀具路径规划技术仍然是研究的重点，因此学者们相继提出了不同的刀具轨迹规划技术。
通常，自由曲面包含多个不同的特征域，每个特征域对应的曲面信息、刀具轨迹及其他加工信息都有差异或相似性，对其分类规划，按一定规则，可自适应地实现同类特征面域的加工轨迹规划[1-2]。
为提高加工效率，已有研究者以典型的船用柴油机机架类零件为例，提出基于特征模板，应用重用技术研究同类别零件数控加工刀具轨迹的生成[3-4]。
典型的刀具轨迹生成算法中，投影法是计算稳定且较快的一种算法，广泛应用于参数曲面和三角网格曲面的数控加工。
Orazi等[5]提出了一种新的三角网格曲面点连续投影算法，该算法用三角曲面片顶点定义的法线来执行投影，投影方向取决于投影点，方向与用三角形网格逼近的原始曲面相一致，可有效应用于需要将大量点投影到网格曲面上的情形。
对于精加工，文章作者采用“投影法”思想，设计刀具轨迹映射算法，将已有的数控加工轨迹投影到同类型曲面上，得到待加工曲面的数控加工信息。
产生已有轨迹的曲面和待加工曲面是具有相似性的同类曲面，曲面点的曲率决定该点的投影方向，可减少投影后映射轨迹的失真，从而提高质量。
自由曲面数控加工刀具轨迹映射算法Tool Path Mapping Algorithm for Free-form Surface NC Machining汪雨蓉WANG Yu-rong（杨凌职业技术学院机电工程分院，杨凌712100）（School of Mechanical Engineering，YangLing Vocational and Technical College，Yangling712100，China）摘要:对自由曲面的数控加工，寻求最优的刀具轨迹生成方法至关重要。
本文基于开源3D库Open CASCADE（OCC）和编程开发环境Microsoft Visual Studio2010（VS2010），应用B样条表达的自由曲面，采用“投影法”思想，研究“重用已有相似刀具路径”方法，提出了处理自由曲面的NC刀具轨迹映射算法。
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。
基于残留高度控制的椭球面铣削螺旋刀轨
通 过 生成 的螺 旋 线 驱 动 生成 刀 具轨 迹 ， 进行仿真后 ， 结 果 满 足 理 论 粗糙 度 的 要 求 。
的 方 法 。推 导 出 了 椭球 面 与 球 面之 间 的 几何 关 系 ， 提 出 了 用 Ｎｘ ＵＧ 软 件 快 速 进 行 椭球 面 建模 的 方 法 ； 对 椭 球 面 的 残 余 高 度进 行 分 析 ， 得 出 了椭 球 面球 刀加 工 的残 留 高度 及 刀 轨 行 距 的近 似 计 算 公 式 ； 推 导 出 了 包络 椭 球 面 的 螺 旋 线 的
关键词 ： 残 留 高度 ； 椭球 面； 螺旋线 ； 刀具 轨 迹
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ５ ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ —５ ８ ２ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ —０ ０ ４ ６—０ ６
椭 球 面在 光 学 领 域 有 着 广 泛 的应 用 ， 如 电影 放 映 机 聚 光 灯 的 反 射 镜 、 固体 激 光 器 中的 聚 光 腔 等 都 是 椭 球 面 。现 代 光 学 仪 器 的 飞 速 进 步 ， 对 光 学 元 件 的 加 工 质 量 提 出 了 越来 越 高 的 要 求 ， 其 中椭 球 面 加 工 一 直 都 是 学 者 和 工 程 师 们 关 注 的热 点 问题 。与 此 同时 ， 高速切削技术也得到了迅速发展 ， 为 提 高 椭 球 面加 工 的 表
ｈ ，Ｐ ， Ｐ 的 距 离 为 ｈ ，
２ × ｚ×
两 者 的 比 值 为 ： 志 一 鲁 一 菊
基于曲面划分的刀具路径规划设计
基于曲面划分的刀具路径规划设计张伟文;杨福祥;刘志伟【摘要】常规刀具路径规划算法在复杂曲面上较难得到高效的刀路.采用区域划分的方法提出了一个较高效的刀具路径规划算法.该算法先根据曲面离散曲率点阵来划分曲面,划分后的子曲面形状类似于直纹面,子曲面经过边界简化再生成刀具路径.实验结果表明,该算法产生的总路径较短,能有效提高复杂曲面的加工效率.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P125-127)【关键词】数控加工;刀具路径;曲面划分【作者】张伟文;杨福祥;刘志伟【作者单位】东莞职业技术学院,广东东莞523808;东莞职业技术学院,广东东莞523808;东莞职业技术学院,广东东莞523808【正文语种】中文【中图分类】TH164刀具路径是数控加工中刀具行进的轨迹，刀具路径的优化是提高数控加工效率的重要手段。
刀具路径的规划可分为全局优化和局部优化两种。
直接采用全局优化方法较难处理的复杂曲面，而采用局部优化是一个可行性更好的手段。
目前已有多个局部划分算法被提出来了。
杨洋等[1]采用加工力最小原理来划分曲面并生成加工路径，优化后刀具路径可以实现最小平均合成力。
肖钊等[2]提出了基于曲面离散刀位点聚类实现刀具路径分段的算法，离散后进行数据处理较为容易，该算法较为可靠，适应性较强。
Chen[3]提出了一个自适应的3-1/2-1/2轴的刀具规划算法]，此算法采用聚类和Voronoi划分来生成局部曲面，该算法划分较为粗糙，曲面边界问题未能很好解决。
Ding等[4]提出了一个3轴球头铣刀的自适应等平面刀具路径规划算法。
此算法中，工件待加工面会划分为多个等辐透面，然后基于等平面算法生成刀具路径。
Wang和Tang等[5]提出适合端面铣刀的五轴刀具路径生成算法，此刀具路径具有较高的效率，其划分的曲面较为狭长，子曲面之间需要处理边界较长。
以上算法均是先进行曲面划分然后再生成路径的局部优化方法，主要适合于端面铣刀或球头铣刀的加工，不能很好地应用于有效切削投影为平行四边形的磨削抛光加工。
数控机床加工中的刀具路径规划技巧
数控机床加工中的刀具路径规划技巧数控机床是一种基于数字控制技术的高精度自动化加工设备，它以刀具路径规划为基础，通过控制刀具在工件表面上的运动轨迹和刀具位置，实现对工件进行高效、精确的加工。
刀具路径规划是数控加工的重要环节，良好的刀具路径规划能够提高加工效率，降低加工成本，保证加工质量。
本文将介绍数控机床加工中常用的刀具路径规划技巧。
1. 轨迹平滑技巧在刀具路径规划中，轨迹的平滑性是保证加工质量的关键因素。
轨迹的平滑性取决于刀具的切削速度、进给速度以及加工方法等因素。
为了实现轨迹的平滑加工，以下几个技巧值得注意：首先，合理选择刀具的切削速度和进给速度。
较高的切削速度和较低的进给速度能够提高加工质量。
其次，采用合适的加工方法。
对于复杂形状的工件，可以采用切剖离散法进行加工。
该方法通过将复杂轮廓分解为一系列简单的线段来进行加工，从而使得加工过程更加平滑。
最后，选择合适的插补方式。
在数控机床的刀具路径规划中，插补方式有线性插补、圆弧插补等。
合理选择插补方式能够实现轨迹的平滑加工。
2. 避免切削冲击技巧在数控机床加工过程中，切削冲击是常见的问题，它会导致刀具磨损加剧、工件表面质量下降等不良影响。
为了避免切削冲击，以下几个技巧需要注意：首先，合理选择刀具的材料和硬度。
刀具的材料和硬度直接影响其抗冲击性能。
通常，较硬的刀具能够提高抗冲击性能。
其次，合理控制切削参数。
切削速度、进给速度和切削深度等参数的设置会直接影响切削冲击的程度。
适当降低切削速度和进给速度，减小切削深度，能够有效减少切削冲击。
最后，采用合适的刀具路径规划策略。
避免刀具在工件上急剧变向和急剧变速，减小切削冲击的产生。
3. 刀具寿命延长技巧刀具寿命的延长可以降低加工成本，提高生产效率。
以下几个技巧可以帮助延长刀具的寿命：首先，合理选择刀具的材料和涂层。
优质的刀具材料和涂层能够提高刀具的硬度和耐磨性，从而延长刀具的寿命。
其次，合理设置切削参数。
根据具体的工件材料和形状，选择适当的切削速度、进给速度和切削深度等参数。