看一看二维半零件的简易造型方法和数控加工刀具轨

1、2维半零件平面型腔(指以平面封闭轮廓为边界的平底槽腔)的数控加工在实际生产中较常见，CAD/CAM软件1般将平面型腔的数控加工(即平面铣削)作为CAM的基本功能模块，但许多软件的这1功能仅仅局限于单个型腔，型腔中虽然可以带有多个岛屿，但岛屿顶面要在同1高度平面上(岛屿同高)，并与型腔的顶面共面。对岛屿不同高的单型腔零件，如图1所示，长方体型腔loop0(顶面高h0，底面高h3)中含有两个柱体岛屿loop1(顶面高h1)和loop2(顶面高h2)，h0>h1>h2>h3,只能采取分而治之的办法，由用户将其分解为3个高度段[h1,h0]，[h2,h1],[h3,h2]的3个型腔分别编程处理。图1 不同高岛屿的单型腔零件

图2 多型腔零件

在实际生产中会遇到更复杂的情况：1个零件包括多个型腔，每个型腔的深度不同，且包括多个高度不同的岛屿，岛屿中又镶嵌着不同深度的内层型腔，内层型腔又包括岛屿，见图2。型腔loop0(顶面高h0,底面高h5)包括loop1岛屿(顶面高h3)，loop2岛屿(顶面高h2)在loop1岛屿上，构成1个台阶。loop2中镶嵌着内层型腔loop3(底面高h4)，loop4(底面高h6)为loop3的内层型腔，它比最外层型腔loop0底面还低。loop5岛屿(顶面高h1)，为loop4型腔的岛屿，它的顶面高于loop2岛屿。这类零件称为2维半零件，即由1系列柱体(棱线平行Z轴，母线为垂直Z轴的某个平面上的封闭曲线)经过和、交、差布尔运算得出形状的零件。2维半零件的数控加工在基于单型腔(岛屿同高)的CAM系统中，只能由用户将零件分解为多个单型腔分别编程处理，这样使问题变得很复杂，因此开发2维半零件的数控加工功能具有较强的工程利用价值。2、2维半零件的几何造型基于实体造型的CAD/CAM系统，采取实体造型的方法很容易对2维半零件进行造型。世界著名的CAD/CAM软件——美国EDS公司研制的UGⅡ就采取了实体造型，它生成2维半零件的数控加工刀具轨迹的步骤大致以下：·建立2维半零件的实体模型。·肯定加工区域。·选取加工区域的各边界轮廓(boundary)，并由用户选取inside和outside开关，以肯定边界属于型腔边界(outside)或岛屿边界(inside)；·肯定边界平面(boundary plane)，由两种方式肯定，即自动肯定(默许轮廓所在平面)或用户定义平面；·选取底平面(floor)。·选取加工参数并生成刀具轨迹。在基于曲面造型的CAD/CAM系统中，如果将2维半零件采取曲面造型方法表示为组合曲面，作为组合曲面进行数控编程，则造型和数控编程计算量大，问题过于复杂，明显不可取，而专门开发相应的实体造型功能也不经济。因此，肯定满足数控加工需要的简易的造型方法是解决2维半零件数控加工问题的条件。1个型腔由2维边界轮廓、型腔顶面和底平面唯1肯定。1个岛屿由2维边界轮廓、岛屿的顶面和底平面唯1肯定。但是，在2维半零件中，岛屿的底面是某个型腔的底面或某个岛屿的顶面，如图2中，岛屿loop2的底面是岛屿loop1的顶面，岛屿loop5的底面是型腔loop4的底面。型腔的顶面或是零件的顶面(图2中loop0)或是某个型腔的底面(图2中loop4)或是某个岛屿的顶面(图2中loop3)。如果每个型腔或岛屿用3个信息(轮廓、顶面、底面)表示，则存在信息冗余。2维半零件的数学模型假想1张很大的木质平板，在平板上画出零件的俯视图，即所有边界的封闭轮廓线(假定零件的型腔底面和岛屿顶面均平行于XOY平面)。沿每条轮廓线将平板锯开，平板被分割成若干块。图2中零件被锯成loop0，loop1,loop2,loop3,loop4,loop56块。然后在锯缝处粘上具有弹性的可任意拉伸的理想化的橡胶薄膜，平板又变成封闭不透的了(每个小木块可不受其他小木块束缚拉到任意高度位置)，最后，将各小木块沿Z轴方向移动到各型腔底面或岛屿顶面高度位置，2维半零件形状就构成了。从上面的模型可以得出：2维半零件的形状由零件顶面(平板面)、各型腔轮廓和型腔底面高度、各岛屿轮廓和岛屿顶面高度唯1肯定。如果少于这些几何信息，则没法肯定2维半零件的形状。2维半零件的造型方法2维半零件造型的1种思路为：(1)给定几何信息，即零件顶面高度、每个型腔的2维轮廓信息和型腔底面高度、每个岛屿的2维轮廓信息及岛屿顶面高度。(2)给出拓扑信息，肯定轮廓代表型腔或岛屿(UGⅡ由用户选取inside和outside开关来肯定)。这类方法需要用户给出轮廓环的拓扑信息。本文设计的造型方法为：用户只需给出几何信息，拓扑关系由程序利用几何信息自动生成。这类方法需要的信息量最小，而且操作方便，用户没必要输入任何拓扑信息，其具体算法为： 如果是凸台零件，先加1个比毛坯稍大的外框轮廓，构成1个虚拟的型腔，这样就转化为带岛屿的型腔，凸台即为其岛屿。在XOY平面上画出每个轮廓环，零件的顶面高度采取缺省值Z=0，将型腔轮廓沿Z轴方向移动到各型腔底面高度位置，将岛屿轮廓沿Z轴方向移动到岛屿顶面高度位置。拓扑关系由程序自动建立土地征收什么树最值钱，步骤大致以下：用户任意捡取各轮廓环，由于此时轮廓环建立在各自的高度上，因此可以获得轮廓环的2维几何信息和高度信息，零件的顶面高度采取缺省值Z=0，得到所有几何信息。将轮廓环投影到XOY平面上，根据轮廓环的相互位置关系(相交、相离、包括)建立树状结构，使得父环包括子环和子环的各兄弟环，兄弟环之间不相互包括。图2零件的树状结构JN_gloop⑵b为：typedef struct jn_gloop_2b {int flag；float high；struct jn_loopstruct jn_gloop_2bstruct jn_gloop_2b *ptr；*brother*son； } JN_gloop_2b； 其中，flag取1代表岛屿，flag取⑴代表型腔，暂时均取0；high表示轮廓环的高度值；*ptr表示2维轮廓环的链表指针。岛屿和型腔的辨认：最外层的环(即树根上或树根的兄弟环)是型腔，flag取⑴；比父环高的子环是岛屿，flag取1；比父环低的子环是型腔，flag取⑴。如图2中，loop0,loop3,loop4是型腔；loop1,loop2,loop5是岛屿。3 刀具轨迹生成2维半零件的数控加工采取分层切削。所有轮廓环的高度值从大到小排序，相同的高度值只保存1个，如图2中的h0(h0=0),h1,h2,h3,h4,h5,h6。将零件从顶面高度值到最低型腔的底面高度值分为几个区间，如图2中的[h1,h0],[h2,h1],[h3,h2],[h4,h3],[h5,h4]，[h6,h5]。在同1高度区间内，不同层上的刀轨(除Z坐标外)相同，因此只需对每个高度区间计算刀具轨迹。按给定的层切下刀量，计算每层的高度哪些房子不能强拆，肯定落在那1个高度区间，并根据岛屿顶面余量和型腔底面余量适当调解高度值(只在个别高度上调解)。然后肯定在该高度层(高度值记为L-H)上的加工区域。具体步骤以下：图3 图2零件在不同高度区间的刀具轨迹

从树根及其每个兄弟环上分别寻觅第1个高度值低于L-H的型腔，并将环建立在树状结构JN_gloop的树根及其每个兄弟环上。在JN_gloop_2b中从步骤(1)中已搜索到的型腔子环及其每个兄弟环开始分别寻觅第1个高度值高于L－H的岛屿，并将环建立在树状结构JN_gloop的相应子环及其兄弟环上。重复1，2的进程，直至没有子环和兄弟环为止。由1，2，3得出图2零件在[h3,h2]高度区间上的树状结构JN_gloop：typdef struct jn_gloop{struct jn_loopstruct jn_gloopstruct jn_gloop *ptr；*brother *son； } JN_gloop； 在JN_gloop中，2n⑴层(n为正整数)上的环是型腔轮廓环，2n⑴层上的每一个型腔轮廓环与2n层上的子环及其兄弟环(该型腔的岛屿环)构成了1个连通的加工区域，不含岛屿为单连通，含岛屿为多连通。由上可知，在[h3,h2]高度区间上有两个加工区域：第1个区域为含岛屿loop2的loop0型腔，第2个区域为含岛屿loop5的loop3型腔。对每一个加工区域按行切方式或环切方式计算刀具轨迹，1个加工区域加工完后房屋强拆主体怎么确定，抬刀到安全平面上，然后在安全平面以上移动到另外1个加工区域，下刀进行另外1个区域的加工。图3表示了图2零件在不同高度区间的刀具轨迹。依照该算法编写的程序，已在南京航空航天大学CAD/CAM工程中心开发的SuperMan CAD/CAM系统中实现。实践证明，该造型方法简便易行，算法稳定、可靠，提高了系统的加工编程能力。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章