自由曲面的刀具路径生成与公差分析翻译
自由曲面的刀具路径生成与误差分析
年轻的根莱（美国.德克萨斯州.德克萨斯农机学院.工业工程学院）
2006.1.30收到；2006.4.25接收; 2006.6.12在线提供
摘要:这篇文章集中于发展一种算法,并以这种算法生成满足一定精度的自由曲面的刀具路径，该算法用数学曲线或曲面来表示加工零件,这样我们可以生成可靠的、近于优化的刀具路径以及后续加工的刀位数据，这种算法包括两个部分：第一是进给步长函数，他决定给定公差的两个刀触点之间的最大距离即进给步长，这个函数独立于面类型并且适用于所有的二次可微的连续参数表面，第二部分是行距函数，他决定给定残高的相邻刀具路径之间的最远距离—行距，这个算法在保持给定公差和残高的同时减少了加工制造和计算时间以及刀触点的个数。用三轴洗床加工几种用推荐的算法生成刀触点的零件，分析加工过程生成的刀具路径并比较最终加工生成的零件与所需零件,以此验证这种算法的优点.
关键词：CAD/CAM;刀具路径生成；数控加工；点云法
1.介绍
工艺规划是制造加工的功能之一，他决定使用哪个工艺和参数来将初始零件生成工程图纸预定的最终零件，系统的输入为一个二位或三维的计算机辅助设计模型，这个模型不仅包括形状和尺寸信息，也包括公差和专门的特征，在便于加工制造方面，CAD/CAM系统直接从CAD模型生成数字控制程序，该程序包括了一连串的指令代码，而且数字控制直接影响加工零件的精度和成本，并在被加工零件上产生特定轨迹即刀具路径。在铣削加工中，刀具沿着刀具路径在刀触点作直线远动，曲面近是一段段直线段如图一所示，由偏差控制的近似直线的精确度叫做误差，如图一相邻刀具路径之间有残留物，洗削加工后需要进行磨削加工来是表面广整，然而消除相邻路径之间的残高的磨削加工是非常好时和昂贵的，大的残高增加了加时间和成本。因此适合的刀具路径对于减少再次加工（入磨削和抛光）是非常重要的。对于给定的公差和高用较少的刀触点来生成刀具路径也是非常重要的，因为我们认为直线段越多，加工时间越长，刀触点之间线段长度叫做进给步长，记为S，最大允许偏差是指公差记为e，如图一所示，更进一步说，相邻刀具路径之间的距离叫做行距，把它记为g，最大允许残高叫做残高记为h，如图一，e与h的值先被确定，然后由他们确定s和g值。
这篇文章中，我们为给定公差和残高的自由曲面的刀具路径生成提供了新的方法，然后用建议的算法生成数控代码,再用此数控代码加工真实零件，以验证零件的精度。
图1.进给步长和行距
关于自由曲面刀具路径生成的研究已有很多，Loney ，Ozoy ，Broomhead 及
Edkins 已用国际标准参数曲线研究了刀具路径的生成。他们将零件表面的刀具路径用国际标准参数曲线近似表示，并且由最大的残高计算相邻刀具路径之间的距离g 值，用快速并粗略的方法计算进给步长，尽管这个方法广泛地使用于刀具路径生成，但这个计算起来会很贵，因为它使用了搜索策略法，为了提高运算效率，我们更期望一种快速的评估方法，Bobrow ，Huang ，和Oliver 发明了国际标准平面的数控路径生成法，在这篇文章中零件上的刀具路径近似由一系列平面表示，并用一系列平面将零件分为截面以便获得刀触点，因为这种计算非常冗长，并且截平面是一个非琐碎问题，所以这些方法对于生成自由曲面的刀具路径效率不高Huang 和Oliver 针对非连续残高的加工制造零件上发占了国际标准平面刀具路径生成法，他们运用国际标准平面法在参数表面上加工,并使用一种计算方法来证实加工误差，然而计算方法也是迭代法并冗长，与我们提供的算法相比,他们决定进给步长值还多用了搜索法。Suresh ， Yang ，Lin ， Koren 研究了残高加工即国际标准残高加工，他们建议采用残高加工来获得所需的零件加工精度。使用这种方法，用户可以控制加工零件的精度，这些方法的目标是在给定的公差和残高的零件基础上生成总体上最短的刀具路径，我们刀具路径生成与国际标准残高加工方法在一点上相似，即我们在最初给定的公差和残高基础上，通过使用国际标准参数曲线补偿来生成所涉及零件的刀具路径，然而我们另提供了一种新的，精准的方法来生成所设计零件的刀具路径。
所需表面
设计表面 球头刀具
直线刀具路径
图2. 整体概念的方法
2.整体概念的方法
这一部分，我们概括了可以用来生成刀具路径的方法，在这项研究中我们建议的方法是经全面概括得来的，如下面这一部分的简单解释，这个全面概括的方法可以概括为图下表2所示。
?在u，v平面定义所设计表面，所涉及零件可以用Bezier曲线和面表示，在参数平面抓住一个连续参数定义一个国际标准参数曲线，如果所研究参数之一为0或1，这个曲线就刚好成为所包围的边界曲线，如果两个参数是连续的，就在小片表面上指定一个点。
?用给定的公差e计算进给步长值，产生误差的刀触点近似于面上的刀具路径，在这一步中，我们用直线插补近似代替刀具路径，进给步长s的值可以在保持给定误差不变时使用Bezier曲线的导数计算获得，而进给步长值是当前刀具路径上刀触点间的最大值，其中偏差不应超过给定的公差值e
?把进给步长从物理邻域转变为参数邻域，进给步长值是由物理单元决定的而不是参数值u和v，而且被加工工件是用参数值（u,v）表示的Bezier曲线和面表示的因此要决定下一个刀触点，必须将进给步长值转变成参数邻域。
?将刀触点转变为刀位点，进给步长值的计算结果可以是刀具上任何刀触点，然
而为了减少加工误差必须将刀触点转变为刀位点，刀具通过刀位点沿表面移动，参考公式：CL=CC+rn （其中r是球头刀具的半径，n是垂直于刀触点所在面的表面）。
?用给定的残高h计算行距值g，加工零件可以用一系列刀具路径近似表示，当国际标准参数曲线参数值达到当前曲线端点时，应当为下一步刀具路径计算g 值，而行距值是是在保持给定残高h的两个相邻刀具路径之间的最远距离。?将行距从物理域转变到参数域，计算得到的行距值是物理域的，为了生成下一个刀具路径，转换行距值就有必要了。
?将刀触点转换为刀位点，将刀触点转换成刀位点，以便以刀位点数据文件存储。3．推荐的方法
3.1.进给步长函数
刀具的路径用一系列精度由偏差控制的直线段近似表示，每一线段的长度都是一个进给步长，最大的偏差叫做公差，用一阶和二阶导数计算进给步长值，因此这个功能独立于表面类型，并适用于所有的二次可微的连续参数面，计算进给步长值的数学公式可以从面上国际标准参数曲线上获得，原理和使用条件如下。条件1.（i）用集合Ω表示所有满足Lipschitz条件的f(x)，
∣f(x
3)- f(x
4
)∣≤K
1
∣X
3
-X
4
∣定值K
1
属于 (x
1
, x
2
), 并且f(x
1
) = y
1
,f(x
2
) =y
2
。
(ii) f(x
1) 是满足f
1
(x
1
) =y
1
, f
2
(x
2
) =y
2，
, , x属于(x
1
,x
3
)
,x 属于(x
1
, x
3
), 且 ,f(x)属于集合Ω,其中所有x 属于
(x
1, x
2
)。
条件2. (i) f
1(x) 和Ω定义如上；（ii）L(x)表示过点（(x
1
, y
1
) 和 (x
2
, y
2
).
两点的直线，然后
其中
根据条件知，对于f(x)属于Ω，|f(x)–L(x)|的最大偏差可考虑Ω集合中
f
1
(x)，这个偏差等式可表示为其中m =L′(x),并且令m=0可获得
最大值为K
1
δ/2.因为被约束的导数满足 Lipschitz条件，所以使用以上的条件可以得到如下理论。
理论1：让f(x)成为变量，其中，其中x属于（a,b）,如果是f(x)在（a,b）内的近似直线，则，由于f(x)二次可微，意味f′(x)要满足Lipschitz条件我们又可以得到如下结论
理论2：若f(x)二次可微并且 |f"(x)|≤K
2
对于x属于（a,b）,若是 f(x)
在(a,b)细分s值后的近似直线则
两个刀触点之间的距离可以由最大偏差e，K
1、K
2
，决定，运用以上理论可知
进给步长是,其中x属于，然后用他们代入公式
可求s的最大值，其中，是f(x)在（a,b）的近似直
线。值得注意的是理论1与2适用于导数存在的情况，因为他们前提条件是一阶可
导，二阶可导或二次可导，并且这个方法独立于面类型，并且适用于所有二次可
微的参数曲线其中导数是偏导数，，偏导数国际标准参数曲线的正切,
这一部分的数学表为： (1)
其中m是贝瑞尔曲线在u上的度值，n是贝瑞尔曲线在v上的度值，我们可以改写等
式1为： (2)
不同的上标（1,0）意味着差别只在于第一个上标且 ,如果我们
对v求偏导，不同只表现在第二个上标且因此对v面的偏导可以
表示为： (3)
更高的偏导可以表为： (4) 其中不同的算法是并且有以下的等式
其中不同的算法是我们可以以任何顺序写混合偏
导：
我们可以用以上等式求面上一点的偏导和混合偏导,在面上的每一点P可以
用以上等式求一次或二次偏导及 K
1、K
2,
然后可以求得一定公差的最大进给步长
值,用K
2
表示当前曲线二次偏导的最大值，则进给步长可以用公式表示为:
S2=K
2
(ex8)，其中e是给定的公差。
3.2.例1的计算结果
三次贝瑞尔曲线可用4个控制点表示，图3所示为4个用Matlab软件帮助作Castelijau算法而生成的控制点和由等式（7）计算而得的刀触点，图3中每个小圆（控制多边形的顶点）都是三次贝瑞尔曲线的控制点，曲线上的每个小圆代表将需转换为刀位点的刀触点，刀位点将用来生成加工代码，在这个例子中两个刀触点之间的最大距离为0.08英寸，总的生成了26个刀触点，设计曲线与刀触点直线插补之间的最大与最小偏差分别为0.000694英寸和0英寸，并带有给定的0.005英寸的公差，结果概括为如表1：
单位=英寸表1.例一的结果
第二栏代表测量公差的最大值与最小值，距离（第三栏）是两个刀触点在物理域的最大值；在参数域内，若用参数u=1约束曲线，那么最大距离是0.0401，根据这个结果，刀触点直线插补和曲线之间的偏差超过公差e后就没有意义了，因此计算进给步长值的算法非常适合与参数曲线进给步长函数，这样就减少了74%的刀触点，设计曲线用100个点表示而两个点的距离参数值为0.01英寸，然而我们可以用带有给定公差为0.05英寸的26个点近似代替曲线
图3.贝瑞尔曲线与刀触点
3.3.行距函数
行距值g是残高h、刀具半径和弯曲部分半径值R的函数，这一部分我们形成了用残高s计算行距值的方法，设计平面可以分为凸面、凹面和平面，这些面的弯曲度可各自为正、负或零，因此我们考虑用不同例子来计算g。
首先，若平面为如图4所示,则
图4.平面图5.凸面第二，如图5所示凸曲线，为了找凸面的行距值我们先找δ，δ是设计曲线刀具曲线路径之差：δ=OB-OA,
为了找OA，我们首先用等式（8）计算g，由于行距值很小，我们可以用P(=g/2)作为初始值，因此
第三，如图6所示的凹面，用同样的方法,我们可以计算凹面的行距值
其中R是凹面在该处的弯曲半径，用以上等式当前曲线每个点的g值都计算得到
图6.所示凹面
3.4.区间到参数域的转换
前面部分所描述的进给步长和行距值不是由参数值（u,v ）决定的而不是由物理单位决定的，因为被加工零件是由用u,v 描述的贝瑞尔面表示的，所以我们必须把带物理单位的进给步长和行距转变为参数值以便于计算面上的下一个刀触点，首先，我们考虑平行于x 轴而不是面上国际标准参数曲线方向的进给步长方向，以此获得u,v 参数值，相应也可得在物理域的进给步长值，如图7所示，其中S P 是当前参数曲线方向的进给步长值，s 是物理域方向的进给步长值，θ是进
给步长在物理域的正切角，T 和参数曲线的正切可由如下公式计算：
行距的方向可以用同样的方法求得，带有物理单位的s 、g 被转换为参数值u 、v 以便于计算参数曲线上的下一个刀具路径或刀触点，在物理域下的进给步长和行距可以通过使用泰勒扩展和Lin 、Koren 提出的误差补偿法求得 图7.刀具路径的方向
4.结果并讨论
4.1.工具 该推荐的方法已经投入使用，这有几个用建议的算法生成刀触点的零件，再用3轴并带有不同公差和残高的铣床对零件加工，该建议算法所用的硬件和软件如下：
硬件：
? 铣床：ProLIGHT1000加工中心
? 3D 激光扫描器：LDI RPS 150
软件:
? MATLAB6.5，
Z
X
Y
参数方向
参数曲线
物理方向
? AUTOCAD2002，
?探测器扫描控制，
? GEOMAGIC QUALIFY5，
? WPLM1000控制软件，
建议的该算法经在个人电脑上(奔腾Ⅲ，1.0GHhz CPU,256Mb的物理内存)用软件MATLAB编码后，在Microsoft XP专业系统下运行，我们使用一块蜡加工成一个自由曲面并测量加工表面和所需零件之间的公差，加工后，使用带有探测器的扫描控制软件的3D激光设备扫描所加工表面。所需表面可在AUTOCAD2002下使用由MATLAB6.5生成的x、y、z轴坐标表示出来，WPLM1000按上述方式控制铣床，几种零件使用如下的加工参数进行加工：球头刀具半径：0.125英寸，最大公差：0.05和0.01英寸，最大残高：0.05和0.01英寸
4.2.例子与结果
由4×4 控制点矩阵定义的二维贝瑞尔曲线，如例2所示
图8指的是由例中单一路径的贝瑞尔表面定义的表面的刀具路径，该表面最大许公差和残高为0.01英寸（0.025mm），较困难的任务之一是通过找参考点来联合表面。使用GEOMAGIC QUALIFY5比较设计表面与最终形成的表面，若在软件GEOMAGIC QUALIFY5下，最佳对齐选项可以用来联合表面，该软件在此表面内采样了300—500个点作为参考点，图9指的是所需表面和加工表面之间的对比，该结果带有0.05英寸的公差与残高，并使用它们的垂直向量盖住面上的点以便更好地观察这个面。
图8.例中刀具路径
所举例子的结果概括如表2，第一栏中残高和公差代表最大允许的公差和残
高，第二栏SE 代表加工表面的最大残高，TE 代表加工表面的最大公差，第四栏的平均代表面的平均公差和残高，第五栏“刀位点个数”是用来生成数控代码的刀位点数，我们通过此数控代码生成加工表面，最后一栏“总长”是刀具路径的总长，比较采用建议方法生成的刀具路径总长与由Lin 和Koren 所提供方法生成的刀具路径总长，结果显示与国际标准参数加工相比国际标准残高法加工效率更高。采用所建议方法生成的刀具路径总长为37.6和67.41英寸，用国际标准残高发生成的刀具路径总长为38.47和67.62英寸并带有0.05和0.01英寸的公差与残高，根据表2知，该建议方法显著地减少了刀位点，并且几乎所有自由曲面上区域的公差和残高都在给定允许公差和残高之内，然而一些刀触点周围的公差比给定的公差稍高一点，一些残高也稍高一点，在表2中，最大的残高和公差不超过0.017和0.01英寸，因此我们得出结论，该建议方法与国际标准残高方法比起来是行之有效的并且在这例子中公差和残高的最大加工误差在0.01—0.017之间。
图9.比较例中公差为0.05英寸的设计零件与加工零件
例2的结果如表2
残高
和 SE TE 平均 刀位点
的个数 建议的标准
残高
4.3.进给步长和行距误差
在进给步长函数中，旋转的刀具在刀触点与被加工工件接触，由于这项研究没有考虑加工环境如进给率，主轴转速等，旋转的刀具在刀触点会被过度加工。在此位置刀具改变方向至下一刀触点，行距函数独立于进给步长函数，然而必须考虑给定公差e以便决定行距g。加工凸面时，刀具路径上的刀具落位于所需表面下面，加工凹面时由于给定公差e的原因，刀具落位于所需表面上面，因此自由曲面的残高会被过估计或估计不足。凸面上的生成最大残高，凹面生成最小残高，因此残高在h-e与h+e之间变化，尽管工件是带有连续残高h进行加工，因此若残高设为h-e，所有加工表面区域精度都会很好，其误差会在给定公差与残高之内。
5.结论
该建议的刀具路径生成算法已经发展起来，并通过把计算进给步长和行距的数学模型与我们算法的核心相结合成功地应用于实践中。
?为铣削加工刀具路径生成提供了一种新方法，
?证实了铣削加工的真实加工误差，
另外的贡献在于数学代码方面，这种数学代码通过使用参数曲线和表面加工制造零件
作为结论，我们列了一些这项研究的优点。
1.我们显著地减少了刀位点和总的刀具路径长度，如表2所示，例如，用100×
100点来生成所需零件，然而我们用了不足132个刀位点来生成加工表面，因为小的测试问题，这些加工表面带有预先给定的残高和公差，由此加工生成的制造数据显著地减少了，即我们减少了数据纵和存储成本。
2.通过使用点云法对比所设计表面与加工表面，我们证实了真实的加工误差，
先前的努力依赖于计算方法，并且通过真实加工，我们提供了更优的验证。
3.我们的方法独立于面类型并适用于所有的二次可微的连续参数表面。
最优路径算法
解决方案一： Dijkstra算法（单源最短路径） 单源最短路径问题，即在图中求出给定顶点到其它任一顶点的最短路径。在弄清楚如何求算单源最短路径问题之前，必须弄清楚最短路径的最优子结构性质。 一.最短路径的最优子结构性质 该性质描述为：如果P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径，k和s是这条路径上的一个中间顶点，那么P(k,s)必定是从k到s的最短路径。下面证明该性质的正确性。 假设P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径，则有 P(i,j)=P(i,k)+P(k,s)+P(s,j)。而P(k,s)不是从k到s的最短距离，那么必定存在另一条从k到s的最短路径P'(k,s)，那么P'(i,j)=P(i,k)+P'(k,s)+P(s,j)
刀具路径常见问题解答
刀具路径常见问题解答 主要内容 加工基础 刀具与材料 平面雕刻加工 曲面雕刻加工 公共参数 刀具路径管理 典型加工路径 2.1加工基础 1、什么是数控加工？ 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向驱动系统发送运动脉冲信号，驱动系统将脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床运动，从而完成零件加工。 2、数控加工一般包括那些内容？ 1）对图纸进行分析，确定加工区域； 2）构造加工部分的几何形状； 3）根据加工条件，选择加工参数，生成加工路径； 4）刀具路径分析、模拟；
5）开始加工； 3、数控系统的控制动作包括那些？ 1）主轴的起、停、转速、转向控制； 2）进给坐标轴的坐标、速度、进给方式（直线、圆弧等）； 3）刀具补偿、换刀、辅助动作（机台锁紧/松开、冷却泵等开关）； 4、常见的数控系统的有那些？ Funuc, Siemens, Fidia, Heidenhain, Fagor, Num, Okuma, Deckel, Mitsubishi 5、普通铣削和数控铣削的主要区别是什么？ 普通铣削的进给运动以单轴运动为主，数控铣削实现了多轴联动。 6、数控铣削加工常用的刀具是哪些？ 面铣刀、立铣刀、盘铣刀、角度铣刀、键槽铣刀、切断铣刀、成型铣刀。 7、数控加工中需要考虑的切削要素包括那些？ 主要考虑的因素是最大切除效率和主轴转速，最大切削效率决定于进给速度、吃刀深度、侧向进给量；主轴转速影响切削速度、每齿每转进给量。 8、影响切削加工的综合因素包括那些？ 1）机床，机床的刚性、功率、速度范围等 2）刀具，刀具的长度、刃长、直径、材料、齿数、角度参数、涂层等； 3）工件，材质、热处理性能、薄厚等； 4）装卡方式（工件紧固程度），压板、台钳等； 5）冷却方式，油冷、气冷等； 9、数控铣加工的如何分类？ 一般按照可同时控制而且相互独立的轴数分类，常见的有两轴加工、两轴半加工、三轴加工、四轴加工、五轴加工。 10、四轴加工的对象是什么？ 主要用于加工单个的叶轮叶片、圆柱凸轮等。 11、五轴加工的对象是什么？ 主要用于加工整体叶轮、机翼、垂直于曲面的直壁等。
课题4二维刀具路径
课题4 二维刀具路径 4.1 工作设定 工作设定包括工件原点、工件尺寸、工件类型等，用户可以通过上图的对话框对工件属性进行具体设定。4.2 外形铣削（Contour） 外形铣削加工即沿着由串连曲线所定义的外形轮廓线生成铣削加工路径。利用该命令可以生成2D或3D 的外形刀具路径，2D外形刀具路径的切削深度固定不变，而3D外形刀具路径的切削深度随串连外形的高度变化。
?加工高度设置 安全高度（Clearance）：是指数控加工中基于换刀和装夹工件而设定的高度，也是加工程序的起始与结束高度，通常一个工件加工完毕后刀具所停留的高度应高于工件与夹具的最高点。 参考高度（Retract）：又称为工件的安全高度，设置值一般高于工件的最高点，在每道工序完成后刀具将退至此高度再进行下一工序的切削。 进给下刀位置（Feed plane）：又称为工序的安全位置，设置值一般高于工件的最高点，刀具快速移动到此高度后将会以切削进给速度开始进刀切削。 工件表面（Top of stock）：用于定义工件表面的坐标位置，其参数设定需根据坐标的设置位置而定。 深度（Depth）：用于定义工件的加工深度。 ?刀具补偿设置 ●补正形式 电脑：计算刀具加工路径时，计算机自动将刀具中心向指定方向偏移刀具半径的距离，产生的NC 程序中不再含有刀具半径补偿指令（G42/G42），补偿方向可指定左补偿或右补偿。 控制器：计算刀具路径时不考虑刀具因素，在加工切削时由机床控制器进行半径补偿，输出的NC 程序中含有刀具半径补偿指令。 磨损：系统将同时采用计算机与控制器补偿，且补偿方向相同。由计算机补偿计算的刀具半径为理想半径尺寸（未磨损），而由控制器补偿的半径则为刀具磨损量值（负值）。 两者磨损：系统将同时采用计算机与控制器补偿，但补偿方向相反，即当计算机左补偿时，控制器采用右补偿。 关：不补偿，刀具中心与工件轮廓重合。 ●补正方向
游戏路径算法
A*寻路初探 译者序：很久以前就知道了A*算法，但是从未认真读过相关的文章，也没有看过代码，只是脑子里有个模糊的概念。这次决定从头开始，研究一下这个被人推崇备至的简单方法，作为学习人工智能的开始。 这篇文章非常知名，国内应该有不少人翻译过它，我没有查找，觉得翻译本身也是对自身英文水平的锻炼。经过努力，终于完成了文档，也明白的A*算法的原理。毫无疑问，作者用形象的描述，简洁诙谐的语言由浅入深的讲述了这一神奇的算法，相信每个读过的人都会对此有所认识（如果没有，那就是偶的翻译太差了--b）。 原文链接：https://www.wendangku.net/doc/1e6639669.html,/reference/articles/article2003.asp 以下是翻译的正文。(由于本人使用ultraedit编辑，所以没有对原文中的各种链接加以处理(除了图表)，也是为了避免未经许可链接的嫌疑，有兴趣的读者可以参考原文。 会者不难，A*(念作A星)算法对初学者来说的确有些难度。 这篇文章并不试图对这个话题作权威的陈述。取而代之的是，它只是描述算法的原理，使你可以在进一步的阅读中理解其他相关的资料。 最后，这篇文章没有程序细节。你尽可以用任意的计算机程序语言实现它。如你所愿，我在文章的末尾包含了一个指向例子程序的链接。压缩包包括C++和Blitz Basic两个语言的版本，如果你只是想看看它的运行效果，里面还包含了可执行文件。 我们正在提高自己。让我们从头开始。。。 序：搜索区域 假设有人想从A点移动到一墙之隔的B点，如下图，绿色的是起点A，红色是终点B，蓝色方块是中间的墙。
[图1] 你首先注意到，搜索区域被我们划分成了方形网格。像这样，简化搜索区域，是寻路的第一步。这一方法把搜索区域简化成了一个二维数组。数组的每一个元素是网格的一个方块，方块被标记为可通过的和不可通过的。路径被描述为从A 到B我们经过的方块的集合。一旦路径被找到，我们的人就从一个方格的中心走向另一个，直到到达目的地。 这些中点被称为“节点”。当你阅读其他的寻路资料时，你将经常会看到人们讨论节点。为什么不把他们描述为方格呢？因为有可能你的路径被分割成其他不是方格的结构。他们完全可以是矩形，六角形，或者其他任意形状。节点能够被放置在形状的任意位置－可以在中心，或者沿着边界，或其他什么地方。我们使用这种系统，无论如何，因为它是最简单的。 开始搜索 正如我们处理上图网格的方法，一旦搜索区域被转化为容易处理的节点，下一步就是去引导一次找到最短路径的搜索。在A*寻路算法中，我们通过从点A开始，检查相邻方格的方式，向外扩展直到找到目标。 我们做如下操作开始搜索： 1，从点A开始，并且把它作为待处理点存入一个“开启列表”。开启列表就像一张购物清单。尽管现在列表里只有一个元素，但以后就会多起来。你的路径可能会通过它包含的方格，也可能不会。基本上，这是一个待检查方格的列表。 2，寻找起点周围所有可到达或者可通过的方格，跳过有墙，水，或其他无法通过地形的方格。也把他们加入开启列表。为所有这些方格保存点A作为“父方格”。当我们想描述路径的时候，父方格的资料是十分重要的。后面会解释它的具体用途。 3，从开启列表中删除点A，把它加入到一个“关闭列表”，列表中保存所有不需要再次检查的方格。
曲面加工时刀具路径优化
加工模具曲面时刀具路径的优化 摘要：以我厂加工模具实际出发，从行距、步长、分区加工、行间、层间、切入切出点确定等方面研究刀具路径优化对模具曲面的影响。在实际加工中，要得到一个优化的道具路径需要综合考虑，以便保证曲面加工质量和生产效率，曲面曲率变化较大时采用分区加工，切入切除点的选择可提高曲面加工质量和刀具使用寿命。 关键词：模具曲面、优化、刀具路径、曲面加工质量、生产效率 引言 模具铣削数控加工对象大多为曲面加工，曲面加工中最常用到刀具为球头铣刀，球头铣刀在加工曲面时被加工曲面与铣刀球面的公法线经过铣刀球面的球心，使干涉过切现象易于监测，切削运动轨迹容易控制，在复杂曲面数控加工中优先运用。 在实际加工中，工艺员在编制数控加工程序时对刀具参数、铣削方式、刀具路径等了解不透，造成模具曲面加工质量不搞，加工工时过长和刀具使用寿命降低。当参数和路径选择不当时造成模具曲面过切甚至于模具报废。因此，如何选择刀具路径和铣削参数对数控加工有很重要的意义。 一、球头铣刀的铣刀参数和铣削方式 球头铣刀的主要铣削参数有：刀具转速n r/min、切削深度a po mm、行距a eo mm、铣刀每齿进给量f z mm/z、进给速度v f mm/min、铣刀球面半径R mm、铣刀齿数Z 在球头铣刀加工区面时，沿刀轴方向Z方向，当a po ≤R时，球头铣刀在（R-a po ）≤d z＜（R-h）处为非对称铣削，在（R-h）≤d z ≤R处为对称铣削，如图1所示
（图1）a po ≤R （图2）a po ＞R 当a po ＞R 时，球头铣刀在（a po - R ）≤d z ＜（R-h ）处为非对称 铣削，在（R-h ）≤d z ≤R 处为对称铣削，如图2所示 在曲面精加工时曲面加工余量较小，通常采用图1所示加工方式，而在粗加工时，通常采用图2所示加工方式。图1图2所示中h 为残余波峰高度，也是决定曲面加工粗糙度的主要参数，存在如下关系式： 2a 22eo - =R h 二、曲面加工时刀具路径的优化 在用CAM 软件编程加工曲面时，以UG 软件为例，由于没有科学合理的选择影响加工便面质量的2个因素，切削行距a eo 和步长L, 使得零件表面加工质量粗糙而达不到使用要求。 从2a 22 eo -=R h 可以看出，影响残余波峰高度h 的主要参数为行 距a eo ，h 越大残余波峰越高，加工表面越粗糙，反之h 越小加工表面精度越高，h 、a eo 与加工精度之间成正比关系。但是步距也不能太
自由曲面的刀具路径生成与公差分析翻译
自由曲面的刀具路径生成与误差分析 年轻的根莱（美国.德克萨斯州.德克萨斯农机学院.工业工程学院） 2006.1.30收到；2006.4.25接收; 2006.6.12在线提供 摘要:这篇文章集中于发展一种算法,并以这种算法生成满足一定精度的自由曲面的刀具路径，该算法用数学曲线或曲面来表示加工零件,这样我们可以生成可靠的、近于优化的刀具路径以及后续加工的刀位数据，这种算法包括两个部分：第一是进给步长函数，他决定给定公差的两个刀触点之间的最大距离即进给步长，这个函数独立于面类型并且适用于所有的二次可微的连续参数表面，第二部分是行距函数，他决定给定残高的相邻刀具路径之间的最远距离—行距，这个算法在保持给定公差和残高的同时减少了加工制造和计算时间以及刀触点的个数。用三轴洗床加工几种用推荐的算法生成刀触点的零件，分析加工过程生成的刀具路径并比较最终加工生成的零件与所需零件,以此验证这种算法的优点. 关键词：CAD/CAM;刀具路径生成；数控加工；点云法 1.介绍 工艺规划是制造加工的功能之一，他决定使用哪个工艺和参数来将初始零件生成工程图纸预定的最终零件，系统的输入为一个二位或三维的计算机辅助设计模型，这个模型不仅包括形状和尺寸信息，也包括公差和专门的特征，在便于加工制造方面，CAD/CAM系统直接从CAD模型生成数字控制程序，该程序包括了一连串的指令代码，而且数字控制直接影响加工零件的精度和成本，并在被加工零件上产生特定轨迹即刀具路径。在铣削加工中，刀具沿着刀具路径在刀触点作直线远动，曲面近是一段段直线段如图一所示，由偏差控制的近似直线的精确度叫做误差，如图一相邻刀具路径之间有残留物，洗削加工后需要进行磨削加工来是表面广整，然而消除相邻路径之间的残高的磨削加工是非常好时和昂贵的，大的残高增加了加时间和成本。因此适合的刀具路径对于减少再次加工（入磨削和抛光）是非常重要的。对于给定的公差和高用较少的刀触点来生成刀具路径也是非常重要的，因为我们认为直线段越多，加工时间越长，刀触点之间线段长度叫做进给步长，记为S，最大允许偏差是指公差记为e，如图一所示，更进一步说，相邻刀具路径之间的距离叫做行距，把它记为g，最大允许残高叫做残高记为h，如图一，e与h的值先被确定，然后由他们确定s和g值。 这篇文章中，我们为给定公差和残高的自由曲面的刀具路径生成提供了新的方法，然后用建议的算法生成数控代码,再用此数控代码加工真实零件，以验证零件的精度。
Mastercam挖槽加工刀具路径操作举例
Mastercam挖槽加工刀具路径操作举例 挖槽铣削用于产生一组刀具路径去切除一个封闭外形所包围的材料，或者一个铣平面，也可以粗切削一个槽。挖槽加工刀具路径由两组主要的参数来定义：挖槽参数和粗加工/精加工参数。下面接着上面的例子介绍挖槽加工刀具路径的生成。挖槽铣削刀具路径构建步骤： (1)Main menu→Toolpaths→Pocket→Solids，首先将如图j所示的Edges、Loop项设置为N，Faces项设置为Y。然后选择所加工零件的内部型腔底面轮廓，连续选择Done，系统弹出如图k所示挖槽对话框。 (2)设置Tool parameters项，由于该槽需要粗加工和精加工两道工序，首先生成粗加工刀具路径，故在此选择直径为15mm的端铣刀进行粗加工。 (3)设置Pocketing parameters项参数。各参数项的意义如下： 1)Machining direction栏 设置加工方向。铣削的方向可以有两种，顺铣和逆铣。顺铣指铣刀的旋转方向和工件与刀具的相对运动进给方向相同；逆铣指铣刀的旋转方向与刀具的进给方向相反。 2)Depth cuts 项 本项的参数大部分与轮廓铣削相同，只是增加了一项Use island depth一项，该项用于选择是否接受槽内的岛屿高
度对挖槽的影响，如果接受岛屿高度的影响，挖槽时会依岛屿的高度将岛屿和海的高度差部分挖掉；若关闭该选项，刀具路径绕过岛屿。 3)Facing 项 Facing对话框各参数的意义： ①overlap percentage：可以设置端面加工的刀具路径，重叠毛坯外部边界或岛屿的刀具路径的量，该选项是清除端面加工刀具路径的边，并用一个刀具直径的百分率来表示。该区域能自动计算重叠的量。也就是说刀具可以超出挖槽地边界扩大挖槽的范围。 ②overlap amount：可以设置端面加工刀具路径重叠毛坯外部边界或岛屿的量，该选项能清除端面加工刀具路径的边，并在XY轴作为一个距离计算，该区域等于重叠百分率乘以刀具直径。 ③Approach distance：该距离参数是确定从工件至第一次端面加工的起点的距离，它是输入点的延伸值。 ④Exit distance：退刀线的线长。 ⑤Stock about islands：可以在岛屿上表面留下设定余量。 4)remachining项 remachining项用于重新计算在粗加工刀具不能加工的毛坯面积，构建外形刀具路径去除留下的材料，留下的材料可根据以前的操作和刀具尺寸进行计算。 5)Open项 通过对Open项参数的设置可以忽略岛屿进行挖槽加工。 6)Advanced项 Advanced项对话框部分参数解释： = 1 \* GB3 ①Tolerance for remachining and constant overlap 使用螺旋下刀的方式加工或者做残料清角。公差值是由刀具的百分比运算得到，一个小的公差值可构建一个精密的刀具路径。残料加工时，一个较小公差可产生较大的加工面积，输入下面两个公差值的任一个：Percent for tool：设置公差是用刀具直径的指定百分率。 Tolerance：直接指定距离来设置公差。 = 2 \* GB3 ②Display stock for constant overlap spiral：选择该选项可以显示刀具切除的毛坯。 (4)选择roughing/finishing parameters对话框，得到如图m所示对话框。roughing/finishing parameters参数对话框部分参数解释： 1)rough：选择铣削图像中的一种方法，作挖槽铣削，每一种粗加工型式有图示说明。 = 1 \* GB3 ①Zigzag：双向切削，该方式产生一组来回的直线刀具路径来粗铣挖槽。刀具路径的方向是由粗切角
mastercam二维零件设计及轮廓加工刀具路径
第2章二维零件设计及轮廓加工刀具路径二维零件设计是MasterCAM造型设计的基础，应用非常广泛。本章通过一个典型零件说明MasterCAM的零件造型、设计方法、编辑技巧及二维轮廓刀具路径的生成方法。 2.1 零件设计过程及典型编辑方法的应用 图2-1 图2-2 图2-1a为零件的立体图，图2-1b为此零件的标注尺寸，图2-2为加工过程仿真后的效果
图。 以下操作步骤为图2-1a中零件的设计、编辑过程。 步骤一基本设置 层(Level)：1 颜色(Color)：绿色(10) Z向深度控制：0 线型(Style)：实线(Solid) 线宽(Witdth)：2 绘图面(Cplane)：俯视图（T） 视图面(Gview)：俯视图（T） 步骤二建立工件设计坐标系，绘制一矩形 按功能键F9，在屏幕中间出现一个十字线，即为工件设计坐标系。 绘制矩形方法如下：选择主菜单(Main Menu)-绘图(Create)-矩形(Rectangle)-两点(2 points) 输入左上方端点：-40，50 回车 右下方端点：0，-50 回车 结果如图2-3所示。
图2-3 图2-4 步骤三绘制圆 选择主菜单(Main Menu)-绘图(Create)-圆弧(Arc)-圆心、半径(Circ pt+rad) 输入半径：50 回车 圆心：-80，0 回车 按Esc键结束绘制圆。结果如图2-4所示。 步骤四打断圆与直线 选择主菜单(Main Menu)-修整(Modify)-打断(Break)-两段(2 pieces) 用鼠标拾取图2-4中的圆C1，并拾取断点位置于圆上P1位置，则圆被打断为两段，断点分别为P1和P2，如图2-4所示； 拾取图2-4中的直线L1，并拾取断点位置于直线中点P3位置； 打断后的图素与原图素只有拾取图素时才能分辨出，拾取选中的部分，颜色会发生变化。 步骤五修剪 选择主菜单(Main Menu)-修整(Modify)-修剪(Trim)-两图素(2 entities) 用鼠标分别拾取图2-4所示的直线L1上位置P4和圆C1上位置P5，得到图2-5；
自由曲面加工理论与应用(第03讲--刀具路径生成算法概述)
自由曲面加工理论与应用 第03讲--刀具路径生成算法概述
刀具路径生成方法的分类 （Taxonomy of tool-path generation） ?刀具路径生成方法包含的要素（Tool-path generation (TPG) mechanism） ?1）刀具路径规划的区域(Path-planning domain) 在二维区域内规划走刀模式（toolpath patterns），生成刀 具路径 （2D domain where tool-path patterns are planned） ?2）刀具路径生成的曲面(Path-generation surface) 在CC-surface或CL-surface等3D surface上生成刀具路径 （3D surface →CC-surface or CL-surface）。
三种刀具路径规划的区域（Three types of Path-planning domains） 1)参数区域(Parameter-domain(PD)): tool-paths are planned on the u,v-domain of the 3D surface r(u, v), and then they are mapped back to r(u, v). 2)导动平面(Guide-plane(GP)): tool-paths are planned on a separate “guide-plane”, and then they are projected on the surface. 3)导动曲面(Drive-surface(DS)): tool-path are defines as a series of intersection curves between “drive surfaces”and the pare-surface
基于PowerMILL曲面加工刀具路径优化方案研究
２０１６年１月 第４４卷第２期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｊａｎ ２０１６ Ｖｏｌ ４４Ｎｏ ２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１６ ０２ ０１８ 收稿日期：２０１４－１１－１１ 基金项目：云南省科技厅应用基础研究基金资助项目（２０１３ＦＤ０６２） 作者简介：叶选林（１９８４ ），男，硕士，讲师，研究方向为先进制造技术二ＣＡＤ／ＣＡＭ集成技术三Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｘｕａｎｌｉｎ＠ １２６ ｃｏｍ三 基于ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ曲面加工刀具路径优化方案研究 叶选林 （云南开放大学机电工程学院，云南昆明６５０２２３） 摘要：在曲面加工中，刀具路径是影响切削效率和加工质量的关键因素之一，刀具路径是否合理至关重要三结合上气盖的加工工艺，对ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件生成的刀具路径进行研究，发现在加工过程中有抬刀过多二陡峭的部分有尖角存在及刀路分布不均匀的情况，这严重影响了零件加工效率和表面质量三针对这一问题，提出刀具路径的优化方案，提高产品加工效率和表面质量，对实际生产有一定的借鉴意义三 关键词：ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件；曲面加工；刀具路径优化；工艺方案 中图分类号：ＴＨ１６４一一文献标志码：Ｂ一一文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－０５９－３ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＴｏｏｌＰａｔｈＢａｓｅｄｏｎＰｏｗｅｒＭＩＬＬ ＹＥＸｕａｎｌｉｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹｕｎｎａｎＯｐｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｕｎｍｉｎｇＹｕｎｎａｎ６５０２２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｓｕｒｆａｃｅｍａｃｈｉｎｉｎｇ，ｔｈｅｔｏｏｌｐａｔｈｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｑｕａｌｉｔｙ，ｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅ ｔｏｏｌｐａｔｈｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇａｓｃａｐ，ｔｈｅｔｏｏｌｐａｔｈｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＰｏｗｅｒＭＩＬＬｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｏｏｍｕｃｈｌｉｆｔｉｎｇｃｕｔｔｅｒ，ｐｏｉｎｔｅｄｔｏｏｌｐａｔｈｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｓｔｅｅｐｐａｒｔ，ｕｎｅｖｅｎｔｏｏｌｐａｔｈ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｐａｒｔｓｍａｃｈｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｏｏｌｐａｔｈ ｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｐｒｏｄｕｃｔｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｉｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏａｃｔｕａｌｐｒｏ? ｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｏｗｅｒＭＩＬＬｓｏｆｔｗａｒｅ；Ｓｕｒｆａｃｅｍａｃｈｉｎｉｎｇ；Ｔｏｏｌｐａｔｈｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｐｒｏｃｅｓｓｓｃｈｅｍｅ 一一ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ是世界上著名的功能最强大二加工策略最丰富的数控加工编程软件系统，同时也是ＣＡＭ软件技术最具代表性的加工软件，具有集成一体的加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间三ＣＡＭ系统与ＣＡＤ分离，在网络下实现一体化集成，更能适应工程化的要求，代表着ＣＡＭ技术最新的发展方向［１］三下面以上气盖为载体，对上气盖在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件编程中刀具路径等进行研究，并提出优化方案三 １一零件模型的工艺分析及模拟加工１ １一零件模型的工艺分析 图１一上气盖模型图 图１可知，该零件的结构并不复杂，但局部的加工精度和表面粗糙度要求很高，加工的部分包括曲面和平面，零件的毛坯下半部分已经加工底 面作为基准，所以只考虑上半部分的加工，采用毛坯的加工尺寸２１０ｍｍ?１００ｍｍ?３２ｍｍ，数控加工中，按开粗?二次开粗?半精加工?精加工?清角精加工进行三 １ ２一零件模拟加工 通过对上气盖的综合分析后，从实际应用研究和 积累的相关经验出发，建议在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的区域清除粗加工中优先选用偏置加工策略［２］三选取?２０ｍｍ圆鼻刀开粗，选取?１０ｍｍ球刀二次开粗，让零件的余量均匀０ ３ｍｍ，这样有效地保护了刀具三选取? １０图２一上气盖精加工刀具路径ｍｍ的球头刀半精加 工，计算残留边界时所用的余量三选取?８ｍｍ的球头刀精加工，余量０，设置加工参数 得到精加工刀具路径，如图２所示三因粗加
五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真
五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真 【摘要】五轴数控作为航天、航空、国防、能源加工的重要方法，对提高制造水平以及工业技术具有重要作用。近年来，被广泛应用于各军事工业以及民用工业中，由于它在传统三轴加工的基础上增加两个自由度，所以用五轴加工能获得更好的加工质量与生产效率。本文结合五轴数控加工，对刀具路径规划以及动力学仿真进行了简要的探究和阐述。 【关键词】五轴数控加工；刀具路径；规划；动力学仿真 传统的三轴数控加工通过刀具平动实现各零件加工；五轴数控在三轴机床的基础上，增加了两个旋转轴，让刀具能在工作空间向任意方向移动。五轴数控加工的优势是通过控制刀轴，在改变刀轴方向的同时，从源头上避免零件与刀具干涉，进行叶轮整体与螺旋桨等相对复杂的零件加工，更好的匹配工件曲面以及刀具几何，在有效切宽的同时，进一步实现大型敞口曲面零件加工；在转变加工环境的同时，用刚度相对较低的刀具，减小刀具伸量。另外，控制刀轴方向还可以有效控制切削区域，在减小刀具磨损以及切削力的过程中，确保表面加工质量。但是由于旋转运动的引入，在刀轴更加灵活的同时，也增加了刀具规划的难度；由于进给速度不同，在瞬时变化的过程中，切削力与动力学等问题越来越复杂。 一、五轴数控加工的刀具路径规划 刀具路径规划作为整个数控的核心技术，在复杂的五轴刀具加工中，除了必须满足几何约束外，还必须整合物理因素以及动态特性。对于加工较难的工件，物理因素与动态特性主要取决于加工质量与效率，这也是刀具路径必须考虑的方面。在规划刀具路径时，必须在无干扰的基础上，通过改善刀轴方向，进一步扩大切削面积。 （一）干涉避免 目前，没有干涉的刀位规划可以分成：可达性以及后检测先规划的方法。干涉避免作为复杂曲面加工必须考虑几何约束。先生成后检测，是先生成刀具路径，再进行对应的干涉规划，通过改善刀轴方向，进一步避免干涉；而在可达性的基础上进行刀具规划，则是直接形成刀具路径的重要方法。先生成后检测的工作重心集中在调整刀轴方向以及检查干涉中。数控程序的刀位点通常有几万到十几万行，在检查中需要花费大量资源以及计算时间。所以研究重点必须放在检查干涉效率上。在复杂零部件加工时，后检测的方法需要不断调整刀轴方位，在干涉检查中，根据几何约束，进一步强化刀轴方向。 可达性规划方法，首先，应该在离散的触点中计算出对应的方向，再规划刀具路径，这种方法不仅可以正确判断零件的加工性，还可以有效减少刀具路径检测与调整。在刀具无干涉优化路径中，也可以根据机床刀轴方向，在努力克服刀轴方向难题的同时，计算刀轴需要的时间与资源。因此，研究重点必须放在刀具可达方向上。主要有：可视锥法与空间法，空间法的关键是映射到对应的空间。 （二）加工效率 到目前为止，五轴数控加工的重点仍是球头刀，由于效率不高，规划简单，所以必须调整姿态、位置，让刀触点轨迹接近理论曲面，进而不断扩大给定精度的宽度。对于敞口、平坦的曲面，如何充分利用五轴机床的潜力已逐渐成为当今研究的热点。在研究集中性圆环刀、平底刀加工，或者圆锥刀、圆柱刀加工时，根据数控加工要求，在靠点成形的过程中，有效控制刀具切削面积，提高加工效率，或者直接“宽行加工”。在这个过程中，单参数包络原理也就是五轴数控的加工成形原理，真实的加工误差就是包络面与工件曲面的法向误差。因此，怎样在单个刀位规划中，整合工件曲面与刀具包络面就成了非常重要的问题，甚至直接影响刀位精度。由于操作复杂性以及难度，很多数控加工单位都使用了简化处理的方法，把刀位规划成单个刀位，在工件曲面与刀具曲面优化中，根据优化模型真实反映加工进程，对刀位
一种基于路段惩罚法的合理路径集生成算法
第26卷 第9期2009年9月 公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and Transportation Research and Development Vol 26 No 9 Sep 2009 文章编号:1002 0268(2009)09 0107 05 收稿日期:2008 08 02 基金项目: 十一五 国家科技支撑计划资助项目(2006BAG01A04) 作者简介:龚峻峰(1981-),男,广东韶关人,博士,研究方向为智能交通系统 (floydgong@hotmai l com) 一种基于路段惩罚法的合理路径集生成算法 龚峻峰,余 志,何兆成 (中山大学 智能交通研究中心,广东 广州 510275) 摘要:为了给路径选择模型提供合理的路径集输入,使路径集能够包含更多驾驶员实际选择的路径,提出了一种基于路段惩罚法的路径集生成算法。根据发生拥堵的频率定义路段的拥堵指数,然后根据拥堵指数确定新算法的惩罚规则:在上一次计算的最优路径中需要增加阻抗的路段,是拥堵指数较大路段,而不是原始算法提出的所有路段。通过定义合理的指标评价路径集生成算法的有效性,根据实测的驾驶员出行路径数据评价改进的路段惩罚算法、原始的路段惩罚法以及应用较广泛的随机分类组合法。结果表明,在几种算法中本文提出算法生成的路径与实测路径完全一致的比例最大。 关键词:智能运输系统;合理路径集;路段惩罚;路径集生成算法;路径选择中图分类号:U491 文献标识码:A A Reasonable Route Choice Set Generation Algorithm Based on Link Penalty Method GONG Junfeng,YU Zhi,HE Zhaocheng (Research Center of Intelligent Transport Systems,Sun Yat sen University,Guangzhou Guangdong 510275,China) Abstract:To input a reasonable route choice set containing more routes of drivers !real choices into the route choice model,a route choice set generation algorithm based on link penalty method was proposed According to congestion frequency,link congestion index was defined to establish the penalty rule of the algorithm The impedances of the links with large congestion indexes in the shortest path of last iteration,which is different from all of the links in the original algorithm,were increased in the proposed algorithm Reasonable indexes were defined to evaluate the efficiency of route choice set generation algorithm According to measured data of drivers !real travel routes,an evaluation of the proposed link penalty algorithm,the original link penalty algorithm and the widely used Monte Carlo labeling combination algorithm was performed The results show that the proposed algorithm reproduces better observed behavior Key words:Intelligent Transport Systems;reasonable route choice set;link penalty;route choice set generation algorithm;route choice 0 引言 驾驶员的路径选择模型是微观交通仿真的核心模型之一,同时也是研究路径诱导的基础。对路径选择的建模通常分为两步:第1步是根据给定的路网生成有限的路径集,作为驾驶员可能选择的路径;第2步是在上一步生成的路径集中计算选择每条路径的概 率。因此,生成合理的路径集,使其尽量多的包含驾驶员实际选择的路径,对路径选择建模有重要的意 义。路径选择模型中的路径集生成算法大致可分为两大类:带约束的路径枚举法与基于最优路径的迭代搜索法[1-2]。 带约束的路径枚举法包括分支界限法(Branch &Bound)[3]与分层定向法(Multilevel Orientation)[4],从
mastercam二维零件设计与轮廓加工刀具路径
第2章二维零件设计及轮廓加工刀具路径 二维零件设计是MasterCAM造型设计的基础，应用非常广泛。本章通过一个典型零件说明MasterCAM的零件造型、设计方法、编辑技巧及二维轮廓刀具路径的生成方法。 2.1 零件设计过程及典型编辑方法的应用 图2-1 图2-2
.专业整理. 图2-1a为零件的立体图，图2-1b为此零件的标注尺寸，图2-2为加工过程仿真后的效果图。 以下操作步骤为图2-1a中零件的设计、编辑过程。 步骤一基本设置 层(Level)：1 颜色(Color)：绿色(10) Z向深度控制：0 线型(Style)：实线(Solid) 线宽(Witdth)：2 绘图面(Cplane)：俯视图（T） 视图面(Gview)：俯视图（T） 步骤二建立工件设计坐标系，绘制一矩形 按功能键F9，在屏幕中间出现一个十字线，即为工件设计坐标系。 绘制矩形方法如下：选择主菜单(Main Menu)-绘图(Create)-矩形(Rectangle)-两点(2 points) 输入左上方端点：-40，50 回车 右下方端点：0，-50 回车 结果如图2-3所示。 .学习帮手.
图2-3 图2-4 步骤三绘制圆 选择主菜单(Main Menu)-绘图(Create)-圆弧(Arc)-圆心、半径(Circ pt+rad) 输入半径：50 回车 圆心：-80，0 回车 按Esc键结束绘制圆。结果如图2-4所示。 步骤四打断圆与直线 选择主菜单(Main Menu)-修整(Modify)-打断(Break)-两段(2 pieces) 用鼠标拾取图2-4中的圆C1，并拾取断点位置于圆上P1位置，则圆被打断为两段，断点分别为P1和P2，如图2-4所示； 拾取图2-4中的直线L1，并拾取断点位置于直线中点P3位置； 打断后的图素与原图素只有拾取图素时才能分辨出，拾取选中的部分，颜色会发生变化。 步骤五修剪 选择主菜单(Main Menu)-修整(Modify)-修剪(Trim)-两图素(2 entities)
数控加工刀具路径拟定
图2-3-1车削加工X 、Z 向安全间隙设计 2．3 数控加工刀具路径拟定 CNC 加工的刀具路径指，加工过程中，刀具刀位点相对于工件进给运动的轨迹和方向。刀具路径一般包括：从起始点快速接近工件加工部位，然后以工进速度加工工件结构，完成加工任务后，快速离开工件，回到某一设定的终点。可归纳为两种典型的运动：点到点的快速定位运动——空行程；工作进给速度的切削加工运动——切削行程。 确定刀具走刀路线的原则主要有以下几点： ⑴规划安全的刀具路径，保证刀具切削加工的正常进行。 ⑵规划适当的刀具路径，保证加工零件满足加工质量要求。 ⑶规划最短的刀具路径，减少走刀的时间，提高加工效益。 2．3．1规划安全的刀具路径 在数控加工拟定刀具路径时，把安全考虑放在 首要地位更切实际。规划刀具路时，最值得注意的 安全问题就是刀具在快速的点定位过程中与障碍物 的碰撞。为了节省时间，刀具加工前接近工件加工 部位，完成加工任务后，快速离开工件，常用快速 点定位路线。快速点定位时，刀具以最快的设定速 度移动，一旦发生碰撞后果不堪设想。 1．快速的点定位路线起点、终点的安全设定 工艺编程时，对刀具快速接近工件加工部位路线的终点和刀具快速离开工件路线的起点的位置应精心设计，应保证刀具在该点与工件的轮廓应有足够的安全间隙，避免刀具与工件的碰撞。 在拟定刀具快速趋近工件的定位路径时，趋向点与工件实体表面的安全间隙大小应有谨慎的考虑。如图2-3-1，刀具相对工件在Z 向或X 向的趋近点的安全间隙设置多少为宜呢？间隙量小可缩短加工时间，但间隙量太小对操作工来说却是不太安全和方便，容易带来潜在的撞刀危险。对间隙量大小设定时，应考虑到Z0的加工面是否已经加工到位，若没有加工，还应考虑可能的最大的毛坯余量。若程序控制是批量生产，还应考虑更换新工件后Z 向尺寸带来的新变化，以及操作员是否有足够的经验。
刀具路径常见问题解答
千挑精雕网 北京精雕图培训制作教程精雕图制作系列教程 刀具路径常见问题解答 支持网站：https://www.wendangku.net/doc/1e6639669.html,/
刀具路径常见问题解答 主要内容 加工基础 刀具与材料 平面雕刻加工 曲面雕刻加工 公共参数 刀具路径管理 典型加工路径
2.1加工基础 1、什么是数控加工？ 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向驱动系统发送运动脉冲信号，驱动系统将脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床运动，从而完成零件加工。 2、数控加工一般包括那些内容？ 1）对图纸进行分析，确定加工区域； 2）构造加工部分的几何形状； 3）根据加工条件，选择加工参数，生成加工路径； 4）刀具路径分析、模拟； 5）开始加工； 3、数控系统的控制动作包括那些？ 1）主轴的起、停、转速、转向控制； 2）进给坐标轴的坐标、速度、进给方式（直线、圆弧等）； 3）刀具补偿、换刀、辅助动作（机台锁紧/松开、冷却泵等开关）； 4、常见的数控系统的有那些？ Funuc, Siemens, Fidia, Heidenhain, Fagor, Num, Okuma, Deckel, Mitsubishi 5、普通铣削和数控铣削的主要区别是什么？ 普通铣削的进给运动以单轴运动为主，数控铣削实现了多轴联动。 6、数控铣削加工常用的刀具是哪些？ 面铣刀、立铣刀、盘铣刀、角度铣刀、键槽铣刀、切断铣刀、成型铣刀。 7、数控加工中需要考虑的切削要素包括那些？ 主要考虑的因素是最大切除效率和主轴转速，最大切削效率决定于进给速度、吃刀深度、
MASTERCAM挖槽刀具路径的应用
第3章挖槽刀具路径的应用 本章通过几个典型零件，说明MasterCAM的挖槽刀具路径的生成方法以及有关二维刀具路径的生成技巧。.... 3.1 挖槽刀具路径生成过程 图3-1a为一个零件的立体图，零件高度为20mm，挖槽深度为15mm，图3-1b为加工过程仿真后的效果图。 图3-1 挖槽刀具路径生成过程如下： 步骤一读入文件 文件名：Ch3_1_1.MC8 存储该文件的零件图形如图3-2所示。 图3-2 步骤二加工上表面 1．设置 视图面（Gview）：(俯视图T) 关闭毛坯轮廓显示，即在图3-3中，使“显示毛坯（Display stock）”选择框未选中；
图3-3 2．选择主菜单(Main Menu)-刀具路径(Toolpaths)-表面加工(Face) 3．串接被加工的上表面轮廓，串接后的结果，如图3-4所示，整个方框轮廓被选中， 串接起始点为P1点，如图3-4所示； 图3-4 4．用鼠标单击主菜单区的“Done”，结束串接操作，进入表面加工刀具参数（Tool parameters）设置对话框； 5．选择直径为50mm的端铣刀，由于在刀具库Tools_mm.tl8中，没有直径为50mm的端铣刀，需要将此刀具添加到刀具库中，具体操作步骤如下： （1）选择直径为25mm的端铣刀，则在“表面加工刀具参数（Tool parameters）设置” 对话框中，出现直径为25mm端铣刀的图标，如图3-5所示；
图3-5 （2）将鼠标移至直径为25mm端铣刀的图标处，单击鼠标右键，则进入“定义刀具（Define Tool）”对话框，设置完毕后，如图3-6所示； 图3-6 （3）用鼠标单击图3-6中的的“存入刀具库（Save to library…）”按钮，进入“选择刀具库名称（Select destination library）”对话框，如图3-7所示，选择刀具库名称为TOOLS_MM，单击图3-7中的“保存（S）”按钮；
- mastercam二维零件设计及轮廓加工刀具路径
- 刀具路径生成算法
- 刀具路径生成算法
- 刀具路径操作管理
- 一种无干涉曲面刀具路径生成算法
- 刀具路径生成算法
- MasterCAM的三维刀具路径生成
- 自由曲面的刀具路径生成与公差分析翻译
- 自由曲面加工理论与应用(第04讲多轴加工刀具路径生成算法
- 基于空间填充法的刀具路径生成算法及其仿真
- 刀具路径生成算法
- 改进的等残余高度加工自由曲面刀具路径生成算法
- 刀具路径1
- MasterCAM 刀具路径生成
- mastercam二维零件设计与轮廓加工刀具路径
- 自由曲面加工理论与应用(第03讲--刀具路径生成算法概述)_
- 自由曲面加工理论与应用(第03讲--刀具路径生成算法概述)
- 刀具路径生成算法
- 刀具路径1(Toolpath)
- 第一节刀具路径1(Toolpath)