一种可避免过切的刀具半径补偿方法技术

本发明专利技术涉及数控加工技术领域，一种可避免过切的刀具半径补偿方法，包括以下步骤：(1)通过工件轮廓线顶点前、后径向的刀具半径偏移，计算所有顶点的前、后偏移点，(2)通过在前后偏移点间增加过渡顶点和过度线段，将间断的偏移边接续为闭合的偏移曲线，(3)通过矩形包络相交预判断和直线段重心坐标、圆弧段三角投影坐标，计算偏移曲线中的自交点，并依据自交点对圆弧段直线化，(4)通过扫描线分割和基于分割区域的布尔运算无效区判定直线化偏移曲线中的无效区域，(5)利用多边形边的无效属性，删除无效区域并恢复直线化圆弧的原始形状。本发明专利技术方法具有以下优点，一是可以做到无逼近误差，二是计算量较小，三是运算量较低，四是为了提高计算效率，三角投影坐标中避免了反三角函数的使用。

Tool radius compensation method capable of avoiding over cutting

The invention relates to the field of CNC machining technology, a cutter radius compensation method can avoid cutting, which comprises the following steps: (1) through the tool radius offset of workpiece contour vertex before and after radial, before and after the offset point calculation of all vertices, (2) before and after the shift between the increase of vertex transition and over the line, will continue to offset intermittent edge offset curves, (3) through the rectangular envelope intersection pre judgment of line segments and arc triangle barycenter coordinates, projection coordinates, calculated from the intersection of offset curve, and on the basis of the self intersection point on arc line, (4) through the scanning line and based on segmentation the Boolean operation is invalid partition area determines the invalid region of linear offset curve in the (5) using an invalid attribute polygon, delete and restore the original shape invalid area linear arc. The method of the invention has the following advantages, one can do no approximation error, two is a small amount of calculation, three is the low computational complexity, the four is to improve the computational efficiency of triangular projection coordinates avoids using inverse trigonometric functions.

【技术实现步骤摘要】
一种可避免过切的刀具半径补偿方法
本专利技术涉及一种可避免过切的刀具半径补偿方法，属于数控加工

技术介绍
刀具半径补偿功能是数控加工设备的基本功能，它能够依据刀具半径设定和工件尺寸自动生成加工路径，可以减少操作人员的繁琐计算并避免了由人工计算误差引起的成型尺寸偏差。在电子工业协会(EIA)的RS-274-D中规定通过G40/G41/G42指令设定刀具半径补偿功能，需要实现直线和直线，直线和圆弧，圆弧和圆弧连接的半径补偿方法。刀具干涉分为局部干涉和全局干涉：局部干涉是指由于刀具直径过大致使刀刃对工件表面造成的过度切削，即过切问题；全局干涉是指刀具非刀刃部分与加工表面或机床其他部分的碰撞问题。刀具干涉是在生成刀具加工轨迹过程中需要解决的一个核心问题。刀具半径补偿功能可视为一种给定工件尺寸数据的刀具加工轨迹生成过程，必须解决刀具局部干涉问题，否则致使精度失准甚至工件报废。在刀具半径补偿方法方面，已有技术基于解析几何的方法，通过判断转接点类型(缩短、伸长或插入)的方式，计算偏移曲线。在避免过切(刀具局部干涉)的方法方面，已有技术采用多面体法、偏置面法和包络面法等：多面体法是将曲面化为若干三角面片，或者将曲线化为若干直线段，再根据刀具中心到三角面片或直线段的距离判定是否存在过切；偏置面法是通过微分几何方法计算出刀位面，然后在刀位面上规划刀具加工轨迹，由于在刀位面上不存在干涉，因此它是一种避免过切的方法；包络面法是通过刀具旋转包络面的曲率半径与工件轮廓检测点处的曲率半径进行比较，判断是否在检测点处发生过切。多面体法和包络面法是一种离散化方法，会引入逼近误差，误差大小与迭代粒度的选择有关。虽然偏置面法不存在逼近误差，但是求取刀位面的计算复杂。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种可避免过切的刀具半径补偿方法，在实现C功能刀具半径补偿方法的同时，该方法是以扫描线算法和基于布尔运算的无效区域判定方法为核心，以更低的计算量实现无逼近误差的无过切刀补轨迹。为了实现上述专利技术目的，解决现有技术中所存在的问题，本专利技术采取的技术方案是：一种可避免过切的刀具半径补偿方法，包括以下步骤：步骤1、通过工件轮廓线顶点前、后径向的刀具半径偏移，计算所有顶点的前、后偏移点，包括以下子步骤：(1)设工件轮廓线顶点个数为N，为第i个顶点向量，Pi-1为前一个顶点向量，Pi+1为后一个顶点向量；(2)令i＝0；(3)若i＝N则转子步骤(10)否则转子步骤(4)；(4)若边Pi-1Pi为直线段则采用公式(1)计算前切向若其为圆弧段则采用公式(2)计算前切向式(2)中，Ci-1为边Pi-1Pi的圆心，函数sgn(x)为符号函数，二维向量与的外积采用公式(4)计算得到，(5)若边PiPi+1为直线段则采用公式(5)计算后切向若其为圆弧段则采用公式(6)计算后切向式(6)中，Ci为边PiPi+1的圆心；(6)若为左刀补设置，则采用公式(7)计算前径向若为右刀补设置，则采用公式(8)计算前径向(7)若为左刀补设置，则采用公式(9)计算后径向若为右刀补设置，则采用公式(10)计算后径向(8)利用公式(11)(12)分别计算前、后偏移点和式(11)(12)中R为刀具补偿半径，二维向量的长度采用二范数定义，(9)令i＝i+1，转子步骤(3)；(10)结束；步骤2、通过在前后偏移点间增加过渡顶点和过度线段，将间断的偏移边接续为闭合的偏移曲线，包括以下子步骤：(1)设工件轮廓线顶点个数为M，为第i个顶点向量，为边PiPi+1的偏移边；(2)令i＝0；(3)若i＝M则转子步骤(8)，否则转子步骤(4)；(4)若则在偏移边Ei和Ei-1间插入过度线段(5)若且则通过公式(13)计算中过渡顶点TiC，并在偏移边Ei和Ei-1间插入过度线段和(6)若且则通过公式(14)(15)计算前过渡顶点TiB和后过渡顶点TiF，并在偏移边Ei和Ei-1间插入过度线段和(7)令i＝i+1，转子步骤(3)；(8)结束；步骤3、通过矩形包络相交预判断和直线段重心坐标、圆弧段三角投影坐标，计算偏移曲线中的自交点，并依据自交点对圆弧段直线化，包括以下子步骤：(1)设偏移曲线顶点个数为U，为第个i顶点，为边PiPi+1；(2)令i＝0；(3)若i＝U，则转子步骤(11)，否则转子步骤(4)；(4)令j＝i+1；(5)若j＝U，则转子步骤(10)，否则转子步骤(6)；(6)若Ei或Ej的矩形包络不存在，则按照以下子步骤计算其矩形包络：(a)若Ek＝(Pk,Pk+1)为直线段，则其矩形包络为，式(16)中，和分别为顶点Pk的横、纵坐标，min和max分别为取最小值和最大值函数；(b)若Ek为圆弧段，则转子步骤(c)，否则转子步骤(i)；(c)设Ek圆心为Ck，半径为R，和所处象限分别为s1和s2，X方向加工区域范围为[XMIN,XMAX]，Y方向加工区域范围为[YMIN,YMAX]；(d)令i＝s1,d＝1,xmin＝XMAX,xmax＝XMIN,ymin＝YMAX,ymax＝YMIN，若圆弧为顺时针，则令d＝-1；(e)若i＝s2，则转子步骤(i)，否则转子步骤(f)；(f)根据条件赋值，若i为第Ⅰ象限且i+d为第Ⅱ象限，或者i为第Ⅱ象限且i+d为第Ⅰ象限，则ymax＝Ck,y+R，若i为第Ⅱ象限且i+d为第Ⅲ象限，或者i为第Ⅲ象限且i+d为第Ⅱ象限，则xmin＝Ck,x-R，若i为第Ⅲ象限且i+d为第Ⅳ象限，或者i为第Ⅳ象限且i+d为第Ⅲ象限，则ymin＝Ck,y-R，若i为第Ⅳ象限且i+d为第Ⅰ象限，或者i为第Ⅰ象限且i+d为第Ⅳ象限，则xmax＝Ck,x+R；(g)令i＝i+d转子步骤(e)；(h)按照公式(17)计算圆弧段的矩形包络，(i)包络为以(xmin,ymin)和(xmax,ymax)为对角顶点的矩形，结束；(7)判断Ei和Ej矩形包络间是否相交，若不相交则转子步骤(9)，否则转子步骤(8)；(8)计算Ei和Ej的交点，并用以下判定确定可行解：(a)若交点P位于直线，转子步骤(b)，否则转子步骤(e)；(b)设交点P所在边的起、止点坐标分别为P1和P2；(c)按照公式(18)计算重心坐标λ，(d)若0<λ<1则转(e)否则P为不可行解，转子步骤(j)；(e)若交点P位于圆上，转子步骤(f)，否则转子步骤(i)；(f)设交点P所在边的圆心、起、止点坐标分别为C，P1和P2；(g)若P所在边为逆时针圆弧则按照公式(19)计算三角投影坐标μ(P)和μ(P2)，否则按照公式(20)计算式(19)(20)中，为函数自变量，三角函数可按公式(21)计算，(h)若0<μ(P)<μ(P2)则转子步骤(i)，否则P为不可行解转子步骤(j)；(i)确定P为可行解；(j)结束；(9)令j＝j+1并转子步骤(5)；(10)令i＝i+1，转子步骤(3)；(11)令i＝0；(12)若i＝U则转子步骤(16)，否则转子步骤(13)；(13)若Ei上自交点数大于0，则转子步骤(14)，否则转子步骤(15)；(14)若Ei为圆弧段，则按照三角投影坐标升序，在Pi和Pi+1间插入Ei所有自交点；否则按照重心坐标升序，在Pi和Pi+1间插入Ei所有交点，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可避免过切的刀具半径补偿方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、通过工件轮廓线顶点前、后径向的刀具半径偏移，计算所有顶点的前、后偏移点，包括以下子步骤：(1)设工件轮廓线顶点个数为N，

【技术特征摘要】
1.一种可避免过切的刀具半径补偿方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、通过工件轮廓线顶点前、后径向的刀具半径偏移，计算所有顶点的前、后偏移点，包括以下子步骤：(1)设工件轮廓线顶点个数为N，为第i个顶点向量，Pi-1为前一个顶点向量，Pi+1为后一个顶点向量；(2)令i＝0；(3)若i＝N则转子步骤(10)否则转子步骤(4)；(4)若边Pi-1Pi为直线段则采用公式(1)计算前切向若其为圆弧段则采用公式(2)计算前切向式(2)中，Ci-1为边Pi-1Pi的圆心，函数sgn(x)为符号函数，二维向量与的外积采用公式(4)计算得到，(5)若边PiPi+1为直线段则采用公式(5)计算后切向若其为圆弧段则采用公式(6)计算后切向式(6)中，Ci为边PiPi+1的圆心；(6)若为左刀补设置，则采用公式(7)计算前径向若为右刀补设置，则采用公式(8)计算前径向(7)若为左刀补设置，则采用公式(9)计算后径向若为右刀补设置，则采用公式(10)计算后径向(8)利用公式(11)(12)分别计算前、后偏移点和式(11)(12)中R为刀具补偿半径，二维向量的长度采用二范数定义，(9)令i＝i+1，转子步骤(3)；(10)结束；步骤2、通过在前后偏移点间增加过渡顶点和过度线段，将间断的偏移边接续为闭合的偏移曲线，包括以下子步骤：(1)设工件轮廓线顶点个数为M，为第i个顶点向量，为边PiPi+1的偏移边；(2)令i＝0；(3)若i＝M则转子步骤(8)，否则转子步骤(4)；(4)若则在偏移边Ei和Ei-1间插入过度线段(5)若且则通过公式(13)计算中过渡顶点TiC，并在偏移边Ei和Ei-1间插入过度线段和(6)若且则通过公式(14)(15)计算前过渡顶点TiB和后过渡顶点TiF，并在偏移边Ei和Ei-1间插入过度线段和(7)令i＝i+1，转子步骤(3)；(8)结束；步骤3、通过矩形包络相交预判断和直线段重心坐标、圆弧段三角投影坐标，计算偏移曲线中的自交点，并依据自交点对圆弧段直线化，包括以下子步骤：(1)设偏移曲线顶点个数为U，为第个i顶点，为边PiPi+1；(2)令i＝0；(3)若i＝U，则转子步骤(11)，否则转子步骤(4)；(4)令j＝i+1；(5)若j＝U，则转子步骤(10)，否则转子步骤(6)；(6)若Ei或Ej的矩形包络不存在，则按照以下子步骤计算其矩形包络：(a)若Ek＝(Pk,Pk+1)为直线段，则其矩形包络为，式(16)中，和分别为顶点Pk的横、纵坐标，min和max分别为取最小值和最大值函数；(b)若Ek为圆弧段，则转子步骤(c)，否则转子步骤(i)；(c)设Ek圆心为Ck，半径为R，和所处象限分别为s1和s2，X方向加工区域范围为[XMIN,XMAX]，Y方向加工区域范围为[YMIN,YMAX]；(d)令i＝s1,d＝1,xmin＝XMAX,xmax＝XMIN,ymin＝YMAX,ymax＝YMIN，若圆弧为顺时针，则令d＝-1；(e)若i＝s2，则转子步骤(i)，否则转子步骤(f)；(f)根据条件赋值，若i为第Ⅰ象限且i+d为第Ⅱ象限，或者i为第Ⅱ象限且...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锐，仲崇权，赵亮，李丹，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21