CN112230602A - 型腔二次开粗刀具路径规划方法、装置及存储介质 - Google Patents

型腔二次开粗刀具路径规划方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种型腔二次开粗刀具路径规划方法，包括：获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；将所述最高高度和最低高度结合预设下切步距值生成Z方向层次信息；根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；对每一层的理论加工区域使用偏置算法获得每一层的二次开粗加工的刀具路径；输出所述刀具路径。此外，本发明还提供了一种型腔二次开粗刀具路径规划装置及存储介质。本发明的技术方案，为二次开粗的刀具路径规划提供了一种快速简易的求解方法，所提供的刀具路径天然地避免干涉，提高了二次开粗刀具路径规划的质量，并且易于编程实现。

Description

型腔二次开粗刀具路径规划方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及数控刀具路径规划技术领域，尤其涉及型腔二次开粗刀具路径规划方法、装置及存储介质。
背景技术
在数控铣削加工中，分为粗加工和精加工。粗加工是指，使用圆柱形刀具一层层地清除毛坯材料的过程。在实际生产中，由于型腔零件的形状复杂，通常会使用一大一小两把刀具，进行两次粗加工。第一次，使用大半径刀具快速清除大量材料，称为首次开粗。第二次，使用小半径刀具，针对首次开粗残余的部分，清除剩余的毛坯材料，称为二次开粗。
如何求解二次开粗的刀具路径，一直是数控刀具路径规划领域的难题。该问题要求所得的二次开粗的刀具路径，能够准确地加工首次开粗的残余部分。既不能遗留，也不能与零件型腔产生干涉，而且要求求解方法快速高效，适合实际生产需要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种型腔二次开粗刀具路径规划方法、装置及存储介质，为二次开粗的刀具路径规划提供了一种快速简易的求解方法，并能够易于编程实现。
本发明提供一种型腔二次开粗刀具路径规划方法，所述型腔二次开粗刀具路径规划方法包括：
步骤S10：获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；
步骤S20：将所述最高高度和最低高度结合预设下切步距值生成Z方向层次信息；
步骤S30：根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；
步骤S40：对每一层的理论加工区域使用偏置算法获得每一层的二次开粗加工的刀具路径；
步骤S50：输出所述刀具路径。
进一步地，所述步骤S20包括：
步骤S210：根据所述最高高度和最低高度结合预设的下切步距值使用一系列不同Z高度的水平面与所述零件的三维模型相交；
步骤S220：得到不同Z高度的层次信息。
进一步地，所述步骤S30包括：
步骤S310：根据每一层次信息中的截交线轮廓使用平面区域内外判断法区分为零件实体部分和零件型腔部分；
步骤S320：得到所述零件型腔部分，所述零件型腔部分为理论加工区域。
进一步地，所述平面区域内外判断法包括射线求交奇偶判断法或沿轮廓前进左右判断法。
进一步地，所述步骤S40包括：
步骤S410：对每一层的理论加工区域使用偏置算法向内偏置首次开粗刀具半径，得到第一轮偏置结果；
步骤S420：将所述第一轮偏置结果向外偏置所述首次开粗刀具半径，得到第二轮偏置结果；
步骤S430：根据所述第一轮偏置结果和所述第二轮偏置结果得到实际加工区域；
步骤S440：将所述理论加工区域与所述实际加工区域进行布尔减操作，得到首次开粗的加工残留轮廓；
步骤S450：对所述加工残留轮廓使用偏置算法偏置二次开粗刀具半径，得到二次开粗加工的刀具路径。
进一步地，所述偏置算法包括延长线相交模式、端点直连模式和添补圆弧模式中的任意一种。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种型腔二次开粗刀具路径规划装置，所述装置包括耦合连接的处理器、存储器，所述存储器存储有程序数据，所述处理器通过所述程序数据执行如上所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法。
基于相同的发明构思，本发明又提出一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如上所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过将三轴加工问题简化成二维平面问题，为二次开粗的刀具路径规划提供了一种快速简易的求解方法，所提供的刀具路径天然地避免干涉，提高了二次开粗刀具路径规划的质量，并且易于编程实现。
附图说明
图1为本发明型腔二次开粗刀具路径规划方法一实施例的流程图；
图2为图1中的步骤S20的流程图；
图3为图1中的步骤S30的流程图；
图4为图1中的步骤S40的流程图；
图5为本发明型腔二次开粗刀具路径规划方法中的一实施例型腔零件的刀具路径规划的示意图；
图6为本发明一实施例提供的型腔二次开粗刀具路径规划装置内部结构示意图；
图7为本发明一实施例提供的型腔二次开粗刀具路径规划装置中的型腔二次开粗刀具路径规划程序模块示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1，图1为本发明型腔二次开粗刀具路径规划方法一实施例的流程图；在本实施例中，型腔二次开粗刀具路径规划方法包括：
步骤S10：获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；
步骤S20：将所述最高高度和最低高度结合预设下切步距值生成Z方向层次信息；
步骤S30：根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；
步骤S40：对每一层的理论加工区域使用偏置算法获得每一层的二次开粗加工的刀具路径；
步骤S50：输出所述刀具路径。
具体地，首先获取待加工型腔零件的三维模型竖直Z方向的最高高度和最低高度；根据该零件的最高高度和最低高度，以及预设的下切步距值建立加工层Z方向层次信息，设该加工层有n层，记这些层z高度为zlevel1、zlevel2、zlevel3、…、zleveln。所谓下切步距值是指根据实际生产的要求设定相邻两层水平面在竖直Z方向上允许的高度差。
请参阅图2，所述步骤S20具体包括：
步骤S210：根据所述最高高度和最低高度结合预设的下切步距值使用一系列不同Z高度的水平面与所述零件的三维模型相交；
步骤S220：得到不同Z高度的层次信息；所述层次信息包括层次在竖直Z方向上的高度以及该层次上的截交线轮廓。
根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；具体地，以Z高度为zleveli(i＝1,2,3…n)的水平面截取该零件，得到一些封闭的截交线loop，记这些封闭的截交线loop为loop1、loop2、…、loopm,这里的m、n均为自然数；去掉这些loop中面积最大的loop，即最外围的loop，剩下的loop组合在一起，即为该层的理论加工区域，如果m＝1，则该层的理论加工区域为空。
请参阅图3，具体地，步骤S30包括：
步骤S310：根据每一层次信息中的截交线轮廓使用平面区域内外判断法区分为零件实体部分和零件型腔部分；所述平面区域内外判断法包括射线求交奇偶判断法或沿轮廓前进左右判断法；
步骤S320：得到所述零件型腔部分，所述零件型腔部分为理论加工区域。
请参阅图4，具体地，步骤S40包括：
步骤S410：对每一层的理论加工区域使用偏置算法向内偏置首次开粗刀具半径，得到第一轮偏置结果；
步骤S420：将所述第一轮偏置结果向外偏置所述首次开粗刀具半径，得到第二轮偏置结果；
步骤S430：根据所述第一轮偏置结果和所述第二轮偏置结果得到实际加工区域；
步骤S440：将所述理论加工区域与所述实际加工区域进行布尔减操作，得到首次开粗的加工残留轮廓；
步骤S450：对所述加工残留轮廓使用偏置算法偏置二次开粗刀具半径，得到二次开粗加工的刀具路径。
具体地，获取待加工零件每一层的残差区域，并获得所述残差区域边界的不可碰撞属性，记边界的不可碰撞属性为attrP1，可碰撞属性为attrP0。对每一层区域，记该区域为region原始。对于偏置算法，所述偏置算法包括延长线相交模式、端点直连模式和添补圆弧模式中的任意一种。具体在本实施例中使用添补圆弧模式对区域进行曲线偏置。在进行曲线偏置时，可以为正偏置也可以为负偏置，具体在本实施例中，设为正偏置时，代表向曲线前进方向的右方向偏置，为负偏置时，代表向曲线前进方向的左方向偏置。首先为每一层的零件区域建立深度嵌套关系，第一层深度为1，第二层深度为2，第三层深度为3，依此类推。先为region原始的每个loop建立深度关系，获取每个loop的深度值；然后为每个loop设置绕向，对于深度值为奇数的loop绕向为顺时针，对于深度值为偶数的loop绕向为逆时针。先让region原始分成嵌套区域组，即以最外层loop根据互斥关系分组，然后把其它的loop根据包含关系加入到对应的嵌套区域组中来。对于每个嵌套区域组，记其区域为region1，将它偏置R1值，记所得区域为region2，所述region2为第一轮偏置结果；其中，R1值为首次开粗刀具半径。如果region2为空则region1区域则为残差区域,并且其边界的不可碰撞属性都为attrP1；否则对region2区域的loop偏置-R1值(根据region2 loop绕向)，记所得的区域为region3，所述region3为第二轮偏置结果。用region1区域减region3区域，此处减为布尔减操作，所得结果即为残差区域，记这个残差区域为region4，所述region4为得到的实际加工区域。用region4和region1求公共边，得到的公共边不可碰撞属性为attrP1,region4的其它边界不可碰撞属性为attrP0。将所有这些残差区域集中起来，记所得的残差区域为region残差，所述region残差为首次开粗的加工残留轮廓。
接下来再根据残差区域region残差获取刀路填充区域，对上面获取的每个残差区域记为region残1，如果其边界的不可碰撞属性全为attrP1,直接对该区域偏置R2即得刀路填充区域，其中，R2为二次开粗刀具半径；如果有attrP0,则对这些边界先做闭合处理(区域面积为0)，然后偏置-R2值(向外偏置)，记所得区域为regionp0，region残1减regionp0即得刀路填充区区域。对每一层的这些刀路填充区域填充相应的刀路样式，即二次开粗加工的刀具路径，输出所述刀具路径，完成型腔的二次开粗功能。
请参阅图5，为本发明型腔二次开粗刀具路径规划方法中的一实施例型腔零件的刀具路径规划的示意图，图中1为待加工型腔零件，R1为首次开粗刀具半径，R2为二次开粗刀具半径。
相比现有技术，本发明通过将三轴加工问题简化成二维平面问题，为二次开粗的刀具路径规划提供了一种快速简易的求解方法，所提供的刀具路径天然地避免干涉，提高了二次开粗刀具路径规划的质量，并且易于编程实现，可应用于3D CAM软件的刀具路径规划。
请参阅图6，基于相同的发明构思，本发明还提出一种型腔二次开粗刀具路径规划装置，所述装置包括耦合连接的处理器12、存储器11，所述存储器11存储有程序数据，所述处理器12通过所述程序数据执行如上实施例所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法。具体在本发明提供的一实施例中，型腔二次开粗刀具路径规划装置可以为手机、平板电脑、台式电脑、笔记本计算机以及其他具有多线程处理能力和显示器的计算设备。在图6所示的型腔二次开粗刀具路径规划装置实施例中，存储器11中存储有型腔二次开粗刀具路径规划程序；处理器12执行存储器11中存储的型腔二次开粗刀具路径规划程序时实现如下步骤：
步骤S10：获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；
步骤S20：将所述最高高度和最低高度结合预设下切步距值生成Z方向层次信息；
步骤S30：根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；
步骤S40：对每一层的理论加工区域使用偏置算法获得每一层的二次开粗加工的刀具路径；
步骤S50：输出所述刀具路径。
参照图7所示，为本发明型腔二次开粗刀具路径规划装置一实施例中的型腔二次开粗刀具路径规划程序的程序模块示意图，该实施例中，型腔二次开粗刀具路径规划程序可以被分割为获取模块10、生成模块20、计算模块30和输出模块40，示例性地：
获取模块10，用于获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；
生成模块20，用于生成Z方向层次信息；
计算模块30，用于计算每一层的二次开粗加工的刀具路径；
输出模块40，用于输出所述刀具路径。
上述获取模块10、生成模块20、计算模块30和输出模块40等程序模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述实施例大体相同，在此不再赘述。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有型腔二次开粗刀具路径规划程序，所述型腔二次开粗刀具路径规划程序可被一个或多个处理器执行，以实现如下操作：
步骤S10：获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；
步骤S20：将所述最高高度和最低高度结合预设下切步距值生成Z方向层次信息；
步骤S30：根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；
步骤S40：对每一层的理论加工区域使用偏置算法获得每一层的二次开粗加工的刀具路径；
步骤S50：输出所述刀具路径。
在本实施例中，用于执行本发明型腔二次开粗刀具路径规划方法的程序数据可以存储在任何计算机可读取的记录介质上，如软盘、MO、CD-ROM、DVD、硬盘驱动器、ROM、MRAM、RAM等等上。为了存储在记录介质中，这样的程序可以从经由通信线路连接的另一个数据处理系统下载，或者，也可以从另一种记录介质进行复制。另外，这样的程序也可以压缩或分为多个段，以记录在一个介质或多个介质中。另外，应该注意的是，显然可以以各种形式提供实现本发明的程序产品。
本发明的存储介质也可以为能够连接到(可以以无线方式或有线方式)信息处理设备并与信息处理设备交换数据的所有可连接的并可分离的外部存储介质。这样的外部存储介质包括SD卡、CompactFlash(商标)(CF)卡、RFID标记、PCMCIA存储卡等等，连接到信息处理设备的方式包括IEEE 1394、无线局域网等等，但不仅限于此。
本发明的存储介质具体实施方式与上述型腔二次开粗刀具路径规划方法和装置各实施例基本相同，在此不作累述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的器件、结构可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述智能终端的结构器件划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，包括：
步骤S10：获取待加工型腔零件的三维模型Z方向的最高高度和最低高度；
步骤S20：将所述最高高度和最低高度结合预设下切步距值生成Z方向层次信息；
步骤S30：根据所述层次信息获取每一层的理论加工区域；
步骤S40：对每一层的理论加工区域使用偏置算法获得每一层的二次开粗加工的刀具路径；
步骤S50：输出所述刀具路径。
2.根据权利要求1所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述步骤S20包括：
步骤S210：根据所述最高高度和最低高度结合预设的下切步距值使用一系列不同Z高度的水平面与所述零件的三维模型相交；
步骤S220：得到不同Z高度的层次信息。
3.根据权利要求1所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述步骤S30包括：
步骤S310：根据每一层次信息中的截交线轮廓使用平面区域内外判断法区分为零件实体部分和零件型腔部分；
步骤S320：得到所述零件型腔部分，所述零件型腔部分为理论加工区域。
4.根据权利要求3所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述平面区域内外判断法包括射线求交奇偶判断法或沿轮廓前进左右判断法。
5.根据权利要求1所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述步骤S40包括：
步骤S410：对每一层的理论加工区域使用偏置算法向内偏置首次开粗刀具半径，得到第一轮偏置结果；
步骤S420：将所述第一轮偏置结果向外偏置所述首次开粗刀具半径，得到第二轮偏置结果；
步骤S430：根据所述第一轮偏置结果和所述第二轮偏置结果得到实际加工区域。
6.根据权利要求5所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述步骤S40还包括：
步骤S440：将所述理论加工区域与所述实际加工区域进行布尔减操作，得到首次开粗的加工残留轮廓。
7.根据权利要求6所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述步骤S40还包括：
步骤S450：对所述加工残留轮廓使用偏置算法偏置二次开粗刀具半径，得到二次开粗加工的刀具路径。
8.根据权利要求1所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法，其特征在于，所述偏置算法包括延长线相交模式、端点直连模式和添补圆弧模式中的任意一种。
9.一种型腔二次开粗刀具路径规划装置，其特征在于，所述装置包括耦合连接的处理器、存储器，所述存储器存储有程序数据，所述处理器通过所述程序数据执行如权利要求1-8任一项所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如权利要求1-8任一项所述的型腔二次开粗刀具路径规划方法。
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