一种基于数控系统的刀路偏置路径方法与流程

本发明涉及数控系统技术领域，更具体地说，涉及一种基于数控系统的刀路偏置路径方法。

背景技术：

在数控机床在加工过程中，它所控制的是刀具中心的轨迹，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序，因而为了加工所需的零件轮廓，在进行内轮廓加工时，刀具中心必须向零件的内侧偏移一个刀具半径值；在进行外轮廓加工时，刀具中心必须向零件的外侧偏移一个刀具半径值。

传统数控系统都是通过刀具半径补偿的方式对刀路径进行偏置。在加工代码中指定半径补偿的g准备功能和补偿号控制补偿使能，补偿方式及补偿量。但传统数控系统刀具半径补偿方式存在以下不足：(1)仅针对加工过程，最终补偿效果必须试加工后才能检验；(2)受限于嵌入式系统的性能，难以做复杂计算，如大范围路径干涉检查/去除；(3)路径类型仅限于少数几种(直线、圆弧和螺纹等)；(4)升级和维护困难。本发明不仅解决上述遇到的困难和问题，并且它拥有更广泛的应用场景，易于扩展和易于维护的特性。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于数控系统的刀路偏置路径方法，操作简单，便于维护，能够使得让补偿更加方便，同时，易于扩展和适应多种类型路径。

为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种基于数控系统的刀路偏置路径方法，其具体步骤包括：

s1.根据原始线路径信息，进行前处理；

所述前处理的情况包括：

(1)对于非直线和圆弧线，分割成若干个极小线段组；

(2)对于不可切割的路径，消除不可切割的路径，并进行修整形成直线；s2.提取前处理后的路径的偏置信息；

所述的偏置信息包括偏置向量、线段走向和线段与线段偏置侧拐点角度；

s3.根据所述偏置信息作出线段独立偏置后的路径；

s4.对线段独立偏置后的路径进行修补路径；

s5.对于修补后的路径进行范围干涉检查。

优选地，所述步骤2中的提取偏置向量的具体步骤为：

(1)当路径为直线段的偏置向量时，设直线段起点坐标和终点坐标分别为a＝(x1,y1,z1)和b＝(x2,y2,z2)，那么起点到终点的向量为：

u＝b-a＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)，

设垂直于平面向上的法向量w，则左侧偏置向量为：

v(左)＝w×u，

右侧偏置向量为：v(右)＝u×w；

对v向量单位化，则向量本身除以向量长度为：

v单位＝v左/l，其中l为v左的长度，

或

v单位＝v右/l其中l为v右的长度；

设偏置距离为d，则偏置向量为

v＝v(单位)*d，

由上述可得，根据偏置向量v得到偏置线段的起点和终点坐标，其分别为a偏＝a+v，b偏＝b+v；

(2)当路径为圆弧的偏置向量时，对圆弧的半径进行缩放。

优选地，所述的路径为圆弧的偏置向量时，对圆弧的半径进行缩放的情况包括：

(a)顺时针走向左侧偏置，逆时针走向右侧偏置，放大圆弧；

(b)顺时针走向右侧偏置，逆时针走向左侧偏置，缩小圆弧。

优选地，所述的步骤2中的提取线段与线段偏置侧拐点角度的具体步骤为，：两段相连线段，设前一线段走向向量为u1，后一线段起点走向向量为u2，它们的夹角角度为：

α＝acos((u1·u2)/(l1*l2))，

其中，l1和l2分别为u1和u2的长度，

再通过u2在u1走向的左右侧，以及偏置的方向决定出偏置侧拐角角是否>180°。

优选地，所述的步骤s4中修补路径的具体步骤为：

根据所述线段与线段偏置侧拐点角度和后一线段起点走向向量u2在前一线段走向向量u1走向的左右侧情况分为以下情况：

(1)线段与线段偏置侧拐点角度α>180°时，两偏置后线段中间插补一条圆弧线段；如果为左侧偏置，插补逆时针圆弧线段；右侧偏置，插补顺时针圆弧线；

(2)线段与线段偏置侧拐点角度α<180°：修剪掉干涉部分线段，计算两干涉线段的交点，前一线段终点坐标修正为交点坐标，后一线段起点坐标修正为交点坐标；

线段与线段偏置侧拐点角度α＝180°：无需插补和修剪。

优选地，所述的步骤s5的具体步骤为，设干涉检查范围为e，任取一修补后的线段，如果在所述修补后的线段前后线段在干涉检查范围e内，有线段与其发生干涉，则判定有干涉部分，随后，修剪掉干涉部分的线段。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明通过采用范围干涉检查，无需再加工实验，增加了工作便捷性，也降低了加工成本；

(2)扩展了对接路径的类型，如二次曲线、三次曲线或其他非线性路径的偏置都可以进行处理，对于刀具无法切割到的位置，进行修整，增加了路径类型，能够满足多种路径，适应性更广泛；

(3)将计算过程从嵌入式系统分离出来，放在性能相对更高的pc平台上。使其针对复杂的处理有良好的表现；

(4)可以集成进传统数控系统、pc-nc数控系统、数控系统仿真平台和cad/cam类型的软件中，具有很好的推广前景；

(5)整个路径偏置的过程操作简单，便于升级和维护。

附图说明

图1为本发明的不可切割修整路径示意图；

图2为本发明的线段偏置后路径示意图；

图3为本发明的修补路径示意图；

图4为本发明的干涉检查路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步描述：

本发明在给定一段线路径信息，如直线，二次曲线，三次曲线或它们之间的组合，指定偏置距离，偏置方向和工作平面，从而来计算得出其偏置后的路径信息，针对这一点，本发明提供了一种基于数控系统的刀路偏置路径方法，其具体步骤包括：

s1.根据原始线路径信息，进行前处理；

所述前处理的情况包括：

(1)对于非直线和圆弧线，分割成若干个极小线段组；

(2)对于不可切割的路径，其不可切割的路径是指当加工刀具由于模具形状无法到达的路径，这些路径是切割不到的，如图1所示，设两直线之间形成刀具无法切割的锐角，这个锐角就可以消除掉，将两直线用直线连接起来，即对于不可切割的路径，消除不可切割的路径，并进行修整形成直线；

s2.提取前处理后的路径的偏置信息；

其具体为，经过前处理后，保证了路径数据仅有直线和圆弧，在此基础上，按顺序提取每段线段的偏置信息，其偏置信息包括偏置向量、线段走向和线段与线段偏置侧拐点角度；

s3.根据上述偏置信息作出线段独立偏置后的路径，如图2所示，实线线段代表源路径，虚线线段代表各线段经过左侧独立偏置一定距离的结果；

s4.对线段独立偏置后的路径进行修补路径；

s5.对于修补后的路径进行范围干涉检查。

在本实施例中，优选步骤2中的提取偏置向量的具体步骤为：

(1)当路径为直线段的偏置向量时，设直线段起点坐标和终点坐标分别为a＝(x1,y1,z1)和b＝(x2,y2,z2)，那么起点到终点的向量为：

u＝b-a＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)，

设垂直于平面向上的法向量w，则左侧偏置向量为：

v(左)＝w×u，

右侧偏置向量为：v(右)＝u×w；

对v向量单位化，则向量本身除以向量长度为：

v单位＝v左/l，其中l为v左的长度，

或

v单位＝v右/l其中l为v右的长度；

设偏置距离为d，则偏置向量为

v＝v(单位)*d，

由上述可得，根据偏置向量v得到偏置线段的起点和终点坐标，其分别为a偏＝a+v，b偏＝b+v；

(2)当路径为圆弧的偏置向量时，对圆弧的半径进行缩放。

在本实施例中，作为优选，路径为圆弧的偏置向量时，对圆弧的半径进行缩放的情况包括：

(a)顺时针走向左侧偏置，逆时针走向右侧偏置，放大圆弧；

(b)顺时针走向右侧偏置，逆时针走向左侧偏置，缩小圆弧。

在本实施例中，作为优选，步骤2中的提取线段与线段偏置侧拐点角度的具体步骤为，：两段相连线段，设前一线段走向向量为u1，后一线段起点走向向量为u2，它们的夹角角度为：

α＝acos((u1·u2)/(l1*l2))，

其中，l1和l2分别为u1和u2的长度，

再通过u2在u1走向的左右侧，以及偏置的方向决定出偏置侧拐角角是否>180°。

在本实施例中，作为优选，步骤s4中修补路径的具体步骤为：

根据线段与线段偏置侧拐点角度和后一线段起点走向向量u2在前一线段走向向量u1走向的左右侧情况，同时，根据修剪和插补路径，依据“多剪少补”的思想，分三种情况：

(1)线段与线段偏置侧拐点角度α>180°时，如图3所示，两偏置后线段中间插补一条圆弧线段；如果为左侧偏置，插补逆时针圆弧线段；右侧偏置，插补顺时针圆弧线圆弧的起点和终点分别为前一线段的终点和后一线段的起点，圆弧的半径等于偏置距离。

(2)线段与线段偏置侧拐点角度α<180°：如图3所示，修剪掉干涉部分线段，计算两干涉线段的交点，前一线段终点坐标修正为交点坐标，后一线段起点坐标修正为交点坐标前一线段终点坐标修正为交点坐标，后一线段起点坐标修正为交点坐标。

(3)线段与线段偏置侧拐点角度α＝180°：无需插补和修剪。

在本实施例中，作为优选，步骤s5的具体步骤为，如图4所示，设干涉检查范围为e，任取一修补后的线段，如果在所述修补后的线段前后线段在干涉检查范围e内，有线段与其发生干涉，则判定有干涉部分，随后，修剪掉干涉部分的线段。

经过上述所有处理过程，生成偏置的路径，路径仅包含直线线段和圆弧线段，被大多数数控系统所接受。部分数控系统不支持圆弧插补方式，还可以把圆弧线段用逼近的方法进一步分割成极小直线段组。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。