CN111221296A - 一种基于dxf文件的刀具半径补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法，包括：接收输入的刀具半径r；获取DXF文件中待计算刀具补偿的切割轮廓，所述切割轮廓包括若干个轮廓点，且相邻两个轮廓点之间采用直线或曲线连接，并且按照曲度将曲线分为圆弧和椭圆弧；按轮廓点解析切割轮廓，将切割轮廓拆分为三种类型的片段，三种类型的片段包括直线与直线连接的片段、直线与圆弧连接的片段、以及直线与椭圆弧连接的片段；针对不同类型的片段采用对应的方式进行补偿，得到原始轮廓进行刀具半径补偿后的刀具中心运动轮廓。本发明补偿方式简单，且根据多种轮廓形状进行分段补偿，适应性广，有效提高切割精度。

Description

一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法

技术领域

本申请属于数控加工技术领域，具体涉及一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法。

背景技术

随着我国机械制造业、模具制造业的快速发展，铣刀的应用越来越广泛，雕铣的精度要求越来越高，向着高精度方向发展。

立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刀，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。主要用于平面铣削、凹槽铣削、台阶面铣削和仿形铣削。这些加工都要求高精度，这给技术人员的开发带来了很大的难度。

刀具半径补偿是数控加工过程的必不可少的一部分，在数控加工中，因为刀具有一定尺寸，刀具中心的运动轨迹与实际轮廓的轨迹不一致，所以需要进行刀具半径补偿，本发明针对的是DXF文件和立铣刀这种道具形式，提出的一种刀具半径补偿方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法，补偿方式简单，且根据多种轮廓形状进行分段补偿，适应性广，有效提高切割精度。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法，所述基于DXF文件的刀具半径补偿方法，包括：

步骤1、接收输入的刀具半径r；

步骤2、获取DXF文件中待计算刀具补偿的切割轮廓，所述切割轮廓包括若干个轮廓点，且相邻两个轮廓点之间采用直线或曲线连接，并且按照曲度将曲线分为圆弧和椭圆弧；

步骤3、按轮廓点解析切割轮廓，根据DXF文件ENTITIES段块中各线条的标志，将切割轮廓拆分为三种类型的片段，三种类型的片段包括直线与直线连接的片段、直线与圆弧连接的片段、以及直线与椭圆弧连接的片段；

步骤4、针对不同类型的片段采用对应的方式进行补偿，得到原始轮廓进行刀具半径补偿后的刀具中心运动轮廓；

其中，所述直线与椭圆弧连接的片段的补偿方式如下：

已知待补偿片段的轨迹为线段DC和椭圆弧CB，且椭圆弧CB的圆心在DXF文件中的坐标为(m，n)，椭圆弧CB的长半轴为a，椭圆弧CB的短半轴为b；

根据线段DC偏置刀具半径r后得到补偿轨迹为线段D′C′，以椭圆圆心坐标(m，n)、长半轴为a+r、短半轴为b+r作椭圆弧的预补偿轨迹，椭圆弧的预补偿轨迹与线段D′C′相交于点C′；

过B点作椭圆弧CB的切线得到PQ，过B点作PQ的垂线与椭圆弧的预补偿轨迹相交于B′，得到椭圆弧CB偏置刀具半径r后的补偿轨迹为椭圆弧C′B′；

根据已知的D点、C点和B点在DXF文件中的坐标，求解得到D′点、C′点和B′点的坐标，并根据椭圆弧圆心坐标(m，n)、长半轴为a+r、短半轴为b+r可以求得椭圆弧C′B′的方程，其中C′点是椭圆弧的起点，B′点是椭圆弧的终点，根据D′点和C′点的坐标得到线段D′C′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段D′C′和椭圆弧C′B′。

作为优选，所述直线与圆弧连接的片段的补偿方式如下：

已知待补偿片段的轨迹为线段CD、圆弧DE和线段EF，且圆弧DE的半径为R，圆心为D″；

根据线段CD偏置刀具半径r后得到补偿轨迹线段C′D′，根据线段EF偏置刀具半径r后得到补偿轨迹线段E′F′；

以圆心D″、半径R+r作圆弧的预补偿轨迹，圆弧的预补偿轨迹与线段C′D′相交于点D′，圆弧的预补偿轨迹与线段EF′相交于点E＇，得到圆弧DE偏置刀具半径r后的补偿轨迹圆弧D′E′；

根据已知的C点、D点、E点、F点在DXF文件中的坐标，过C点向轮廓外作垂线并取半径为r的点C′，已知线段CD的斜率，求平行于CD线段且起点为C′点的补偿后直线方程；

并且根据圆心D″、半径R+r得到圆弧D＇E＇的方程，联立求得的线段CD补偿后的方程得到D＇和E＇点的坐标，根据C＇点和D＇点的坐标得到线段C＇D＇的方程，F＇点的求解和C＇点相同，根据E＇点和F＇点的坐标得到线段E＇F＇的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段C＇D＇、圆弧D′E′和线段E′F′。

作为优选，所述直线与直线连接的片段的补偿方式如下：

已知待补偿片段的轨迹为线段BA和线段AJ，且两线段的夹角∠BAJ＝α，线段B′M为线段BA偏置刀具半径r后的刀具中心轨迹，线段NJ＇为线段AJ偏置刀具半径r后的刀具中心轨迹，BB＇、AM、AN、JJ＇为刀具半径矢量；

延长线段B＇M和线段NJ＇相交于点A＇，令A′M＝A′N＝μ；

根据已知的A点DXF文件坐标(X，Y)求解点A′的DXF文件坐标如下：

X′＝X-μ＝X-r×tan(90°-α/2)

Y′＝Y+r

其中，X＇，Y＇为点A＇的DXF文件坐标；

求解M点DXF文件坐标如下(X_m，Y_m)：

X_m＝X-r×cos(α-90°)

Y_m＝Y+r×sin(α-90°)

同理可求得其他点B′、N、J′的DXF文件坐标，根据A′点、B′点、J′点的坐标得到线段B＇A′和线段A′J′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段B＇A＇和线段A′J′。

本申请提供的基于DXF文件的刀具半径补偿方法，为了克服现有的切割精度低的情况，提供一种有效的刀具补偿方式；并且在进行补偿时，将待补偿的轮廓分为多种类型，根据不同类型有针对性的进行补偿，不仅可提高补偿效果，同时也使得本申请的补偿方法涵盖面广，适应性强，能够满足大部分轮廓补偿所需；同时可根据不同的刀具半径得到不同的补偿结果，灵活性高，有效避免了切割过程中切割精度低，材料浪费的现象。

附图说明

图1为本申请的基于DXF文件的刀具半径补偿方法的流程图；

图2为切割轮廓的一种实施例示意图；

图3为直线与椭圆弧连接的片段的一种实施例示意图；

图4为直线与圆弧连接的片段的一种实施例示意图；

图5为直线与直线连接的片段的一种实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

如图1所示，其中一个实施例中，提供一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法。本实施例中的基于DXF文件的刀具半径补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、接收输入的刀具半径r。

本实施例的刀具半径补偿方法，刀具半径作为唯一的输入量，即可实现根据不同的刀具半径进行有针对性的补偿。本实施例中为了与DXF文件对应，避免单位换算，刀具半径输入单位取mm。

步骤2、获取DXF文件中待计算刀具补偿的切割轮廓，如图2所示，切割轮廓包括若干个轮廓点，且相邻两个轮廓点之间采用直线或曲线连接，并且按照曲度将曲线分为圆弧和椭圆弧。

步骤3、按轮廓点解析切割轮廓，根据DXF文件ENTITIES段块中各线条的标志，将切割轮廓拆分为三种类型的片段，三种类型的片段包括直线与直线连接的片段、直线与圆弧连接的片段、以及直线与椭圆弧连接的片段。

DXF文件中EOF为结束段，ENTITES为实体段，记录了文件中重要的图形数据，还有对具体图形块的引用，主要包含各类图元的名称、线型名、所属图层、颜色索引等相关几何属性，是DXF文件的主体部分。因此DXF文件解析时，需要重点分析ENTITIES段块的内容，其中LINE为直线的标志，ARC为圆弧的标志、CIRCLE为圆的标志、ELLIPSE为椭圆弧的标志，根据各类标志对切割轮廓进行拆分。

步骤4、针对不同类型的片段采用对应的方式进行补偿，得到原始轮廓进行刀具半径补偿后的刀具中心运动轮廓。

图2中的箭头代表实际切割方向，实线部分为待补偿的切割轮廓，若按照该轮廓进行切割，会因为刀具的厚度造成过多切割现象，故需要引入刀具半径进行补偿，其中虚线部分即为补偿后的刀具中心运动轮廓。

(1)如图3所示，针对直线与椭圆弧连接的片段，采用如下的方式1进行补偿：

已知待补偿片段的轨迹为线段DC和椭圆弧CB，且椭圆弧CB的圆心在DXF文件中的坐标为(m，n)，椭圆弧CB的长半轴为a，椭圆弧CB的短半轴为b。

根据线段DC偏置刀具半径r后得到补偿轨迹为线段D′C′，以椭圆圆心坐标(m，n)、长半轴为a+r、短半轴为b+r作椭圆弧的预补偿轨迹，椭圆弧的预补偿轨迹与线段D′C′相交于点C′。

过B点作椭圆弧CB的切线得到PQ，过B点作PQ的垂线与椭圆弧的预补偿轨迹相交于B′，得到椭圆弧CB偏置刀具半径r后的补偿轨迹为椭圆弧C′B′。

根据已知的D点、C点和B点在DXF文件中的坐标，可以求解得到各点补偿后的坐标，过D点向轮廓外作线段CD的垂线并在这条垂线上取DD′的长度等于刀补半径r，由此可得D′的坐标，同理C′点的坐标也可得到，椭圆弧CB的方程是已知的，可以求得过椭圆弧B点的切线方程，过B点向轮廓外作线段PQ的垂线并在这条垂线上取BB′的长度等于刀补半径r，由此可得B′的坐标，并根据椭圆弧圆心坐标(m，n)、长半轴为a+r、短半轴为b+r可以求得椭圆弧C′B′的方程，其中C′点是椭圆弧的起点，B′点是椭圆弧的终点，根据D′点和C′点的坐标得到线段D′C′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段D′C′和椭圆弧C′B′。

在求取原切割轮廓上的点补偿后的坐标时，根据已知点得到相应的斜率，

(2)如图4所示，针对直线与圆弧连接的片段，采用如下的方式2进行补偿：

已知待补偿片段的轨迹为线段CD、圆弧DE和线段EF，且圆弧DE的半径为R，圆心为D″；

根据线段CD偏置刀具半径r后得到补偿轨迹线段C′D′，根据线段EF偏置刀具半径r后得到补偿轨迹线段E′F′；

以圆心D″、半径R+r作圆弧的预补偿轨迹，圆弧的预补偿轨迹与线段C′D′相交于点D′，圆弧的预补偿轨迹与线段EF′相交于点E′，得到圆弧DE偏置刀具半径r后的补偿轨迹圆弧D′E′；

根据已知的C点、D点、E点、F点在DXF文件中的坐标，过C点向轮廓外作线段CD的垂线并在这条垂线上取CC′的长度等于刀补半径r，由此得到C′点的坐标，已知线段CD的斜率，求出平行于CD线段且起点为C′点的补偿后直线方程；

并且根据圆心D″、半径R+r得到圆弧D′E′的方程，联立求得的线段CD补偿后的方程得到D′和E′点的坐标，根据C′点和D′点的坐标得到线段C′D′的方程，F′点的求解和C′点相同，根据E′点和F′点的坐标得到线段E′F′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段C′D′、圆弧D′E′和线段E′F′。

(3)如图5所示，针对直线与直线连接的片段，采用如下的方式3进行补偿：

已知待补偿片段的轨迹为线段BA和线段AJ，且两线段的夹角∠BAJ＝α，线段B′M为线段BA偏置刀具半径r后的刀具中心轨迹，线段NJ′为线段AJ偏置刀具半径r后的刀具中心轨迹，BB′、AM、AN、JJ′为刀具半径矢量；

延长线段B′M和线段NJ′相交于点A′，令A′M＝A′N＝μ；

根据已知的A点DXF文件坐标(X，Y)求解点A′的DXF文件坐标如下：

X′＝X-μ＝X-r×tan(90°-α/2)

Y＇＝Y+r

其中，X＇，Y＇为点A＇的DXF文件坐标；

求解M点DXF文件坐标如下(X_m，Y_m)：

X_m＝X-r×cos(α-90°)

Y_m＝Y+r×sin(α-90°)

同理可求得其他点B′、N、I′的DXF文件坐标，根据A′点、B′点、J′点的坐标得到线段B′A′和线段A′J′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段B′A′和线段A′J′。

当求取线段上已知点补偿后的坐标时，根据该线段上已知点得到线段的斜率，根据斜率确定已知点和补偿后的点所形成的三角形的角度关系，并根据已知的刀具半径r和角度关系可求解得到补偿后的坐标，求解原理与M点求解类似，在此不再进行赘述。

并且在更新DXF文件时，将补偿后的点的坐标以及求得的各直线或曲线方程输入至DXF文件中，以替换原有的坐标。

本实施例基于DXF文件的刀具半径补偿方法，为了克服现有的切割精度低的情况，提供一种有效的刀具补偿方式；并且在进行补偿时，将待补偿的轮廓分为多种类型，根据不同类型有针对性的进行补偿，不仅可提高补偿效果，同时也使得本申请的补偿方法涵盖面广，适应性强，能够满足大部分轮廓补偿所需；同时可根据不同的刀具半径得到不同的补偿结果，灵活性高，有效避免了切割过程中切割精度低，材料浪费的现象。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于DXF文件的刀具半径补偿方法，其特征在于，所述基于DXF文件的刀具半径补偿方法，包括：

步骤1、接收输入的刀具半径r；

步骤2、获取DXF文件中待计算刀具补偿的切割轮廓，所述切割轮廓包括若干个轮廓点，且相邻两个轮廓点之间采用直线或曲线连接，并且按照曲度将曲线分为圆弧和椭圆弧；

步骤3、按轮廓点解析切割轮廓，根据DXF文件ENTITIES段块中各线条的标志，将切割轮廓拆分为三种类型的片段，三种类型的片段包括直线与直线连接的片段、直线与圆弧连接的片段、以及直线与椭圆弧连接的片段；

步骤4、针对不同类型的片段采用对应的方式进行补偿，得到原始轮廓进行刀具半径补偿后的刀具中心运动轮廓；

其中，所述直线与椭圆弧连接的片段的补偿方式如下：

已知待补偿片段的轨迹为线段DC和椭圆弧CB，且椭圆弧CB的圆心在DXF文件中的坐标为(m,n)，椭圆弧CB的长半轴为a，椭圆弧CB的短半轴为b；

根据线段DC偏置刀具半径r后得到补偿轨迹为线段D′C′，以椭圆圆心坐标(m,n)、长半轴为a+r、短半轴为b+r作椭圆弧的预补偿轨迹，椭圆弧的预补偿轨迹与线段D′C′相交于点C′；

过B点作椭圆弧CB的切线得到PQ，过B点作PQ的垂线与椭圆弧的预补偿轨迹相交于B′，得到椭圆弧CB偏置刀具半径r后的补偿轨迹为椭圆弧C′B′；

根据已知的D点、C点和B点在DXF文件中的坐标，求解得到D′点、C′点和B′点的坐标，并根据椭圆弧圆心坐标(m,n)、长半轴为a+r、短半轴为b+r可以求得椭圆弧C′B′的方程，其中C′点是椭圆弧的起点，B′点是椭圆弧的终点，根据D′点和C′点的坐标得到线段D′C′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段D′C′和椭圆弧C′B′。

2.如权利要求1所述的基于DXF文件的刀具半径补偿方法，其特征在于，所述直线与圆弧连接的片段的补偿方式如下：

已知待补偿片段的轨迹为线段CD、圆弧DE和线段EF，且圆弧DE的半径为R，圆心为D″；

根据线段CD偏置刀具半径r后得到补偿轨迹线段C′D′，根据线段EF偏置刀具半径r后得到补偿轨迹线段E′F′；

以圆心D″、半径R+r作圆弧的预补偿轨迹，圆弧的预补偿轨迹与线段C′D′相交于点D′，圆弧的预补偿轨迹与线段EF′相交于点E′，得到圆弧DE偏置刀具半径r后的补偿轨迹圆弧D′E′；

根据已知的C点、D点、E点、F点在DXF文件中的坐标，过C点向轮廓外作垂线并取半径为r的点C′，已知线段CD的斜率，求平行于CD线段且起点为C′点的补偿后直线方程；

并且根据圆心D″、半径R+r得到圆弧D′E′的方程，联立求得的线段CD补偿后的方程得到D′和E′点的坐标，根据C′点和D′点的坐标得到线段C′D′的方程，F′点的求解和C′点相同，根据E′点和F′点的坐标得到线段E′F′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段C′D′、圆弧D′E′和线段E′F′。

3.如权利要求1所述的基于DXF文件的刀具半径补偿方法，其特征在于，所述直线与直线连接的片段的补偿方式如下：

已知待补偿片段的轨迹为线段BA和线段AJ，且两线段的夹角∠BAJ＝α，线段B′M为线段BA偏置刀具半径r后的刀具中心轨迹，线段NJ′为线段AJ偏置刀具半径r后的刀具中心轨迹，BB′、AM、AN、JJ′为刀具半径矢量；

延长线段B′M和线段NJ′相交于点A′，令A′M＝A′N＝μ；

根据已知的A点DXF文件坐标(X,Y)求解点A′的DXF文件坐标如下：

X′＝X-μ＝X-r×tan(90°-α/2)

Y′＝Y+r

其中，X′，Y′为点A′的DXF文件坐标；

求解M点DXF文件坐标如下(X_m,Y_m)：

X_m＝X-r×cos(α-90°)

Y_m＝Y+r×sin(α-90°)

同理可求得其他点B′、N、J′的DXF文件坐标，根据A′点、B′点、J′点的坐标得到线段B′A′和线段A′J′的方程，更新DXF文件，得到刀具补偿后的轨迹为线段B′A′和线段A′J′。

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