测点数据生成刀具路径研究吴世雄王文陈子辰〗（浙江大学现代制造工程研究所杭州310027）2）（广东工业大学机电工程学院广州510090）法分层切削材料，首先构造健壮的数据结构层切网；然后计算无干涉刀位点，并把整个层切网划分为几个优化的子加工区域；*后应用优化的刀路链接法则得到粗加工刀具路径精加工由大规模数据点构建三角曲面为了避免干涉，需计算点、面和边的无干涉刀位点的每一行测点序列和层切面的交点赋予每个交点一个状态值，以表征该点处斜率的变化交点状态为下面三种情况之一：边界（b=1）、向上（u= 2）或向下（d=3）。每一行的所刀路相邻两交点的状态值如果具有如下变化1其他变化情况不构成刀路每条刀路构建一个刀路节点，每一行的刀路节点逐一链接，形成如c ~1e所示的刀路节点链表刀路节点的数据结构如下://（1）子加工区索引//（2）左端点LP和右端点RP（均为三坐标数据点）//（3）左端点的3个邻接刀路节点指针Tpnode //（4）右端点的3个邻接刀路节点指针Tpnode设置所有指针初始值为空，加工区索引初始值相邻行刀路节点链接法则相邻两行的任意两个刀路节点，如果左（右）端点距离小于给定值S（设行间距w，则可设定弘TTw）则它们的左（右）端点可以相互链接，表明刀具可以从某一行刀路跨越到另一行。

　　设扫描测点有m行，建立初始层切网的算法如下：Stq）1.构建刀路节点链表网，如b所示2逐一查询计算该行的所有刀路节点，链接该行的刀路节点，形成刀路节点链表；Step2行与行之间刀路节点互联，形成初始层切网，如c所示对第i行的每一个刀路节点Tpn，重复执行Step2 1.逐一取出第i+1行的刀路节点Tpn，如果其左端点的pLeftdown指针（或右端点的pRightdown指针）为空，判断TPn，和TPn，i的对应端点是否可以相互链接（利用“相邻行刀路节点链接法则”）。如果可以相互链接，则把相对应的端点链接；否则，取出第i+1行的下一个刀路节点进行判断指针pRghtup均非空，表明该刀路节点已经链接完毕，跳出该循环a所示为某一层的截面示意图，共有14行（即m =14）。c所示为构建好的初始层切网，其中虚线表示同一行的刀路节点相链接，实线表示刀具可从某一行刀路跨越到另一行22计算无干涉刀位点为了避免干涉，需要计算偏置轮廓。如d所示，刀具半径R行间距w则刀具覆盖2R/w+1行当刀心位于第i行的某刀路节点时，该刀路节点和邻接刀路节点形成的右端点实体轮廓可依照xc =minCxkR2―（，一yk）），取*小的Xc作为*终刀位点类似地，刀路节点形成的左端点轮廓的偏置刀位点按（其中i一R/w　　用参数C标记子加工区的索引，下面给出子加工区域的划分算法，如e所示。

　　Step2在初始层切网中，从**行开始，逐行查找未划分的**个刀路节点该节点C，=0，每行的查找方式是沿该行的刀路节点链表依次查询）。如果能找到该节点，则把它作为起始节点，令C，=C，启动一个新的子加工区域，转Step3.如果不能找到未标记的刀路节点，表明所有子加工区域都划分完毕，程序返回Step3.在的下一行中，查找可划分为同一子区域的**个未划分节点2（沿该行的刀路节点链表依次查找，用相同子区域法则判断）令该节点的1.C，=C；然后在，>2的下一行中查找可与它划分为同一子加工区的**个未划分节点，以此类推，逐行执行下去，查找所有可划分为同一子加工区域的节点，并标记这些节点的子加工区域索Step4.令Gi++表示要开始下一个加工区的划分，转Step2加工区划分完以后（如e所示）每个子区域的刀路节点以Zigzag方式逐一链接，形成如f所示的子加工区刀具路径，不同子加工区的刀路链接需要提刀空走（可转化为旅行商问题n），避免碰撞发生，=y；Hwang构建三角曲面模型无论是规则数据点或散乱数据点，无干涉精加工的刀位点计算和干涉处理相同。

　　3.2计算无干涉刀位点首先给出刀位点和刀触点的定义。如所示，球头刀的刀位点是指半球的中心点，刀触点是指曲面和球头刀相接触的点。刀位点计算要考虑当前刀具投影内的所有测点及其构建的三角多面体，并将经过点干涉处理、面干涉处理和边干涉处理三步后的*高刀位点作为*终刀位点。基于多面体模型的无干涉刀位点算法如下：设R是球头刀半径，令r=（x，yz）是球头刀投影范围内的一个测点，则以该测点为刀触点，可得到相应的刀位点re=对于球头刀投影范围内的所有测点，计算其相对应的刀位点然后取*高刀位点作为所求刀位点则可以避免点干涉如a所示，三角面片的对应平面可表示为ax+ + fz+d=0其单位法向量n=（a，b，c）且刀轴方向u=（0，1），避免面干涉的刀位点计算公式为ze=d/c+R/sin0R.而刀触点可表示为rc= RXuRXn对球头刀投影范围内的每一个三角面片计算相应的无干涉刀位点并判别刀触点是否在三角面片以内6.如果该刀触点不在三角面片以内，则可能有边的干转Step3.过可能的干涉边作xy平面的垂直平面，剖刀具得到相交轮廓（半圆）。如b所示，设干涉边的两个端点为ri >4z2）为简化计算，定刀具中心与原点重合（即Xe=且ye=），刀具覆盖范围内的所有点作平移处理下面对三种情况的干涉边进行分析：（1）/i=y2对**类和第二类干涉边，如果是第二类干涉边，先将其转化为**类干涉边具体做法是：绕刀轴旋转a角从而平行xz平面，相应的旋转角a xl）），旋转变换矩为设第二类干涉边的两端点分别为=（11，1，2 1）和=（X2，y2Z2）。又设交线轮廓（半圆）的圆心是m= ym，zm），其中（ym=yl=y2）则圆半径Rh=R2yi.容易得到该半圆的参数化公式由于该半圆在相切点的切向量等于干涉边的斜率，因此0计算假如xc介于xi和x2之间，则刀触点位于干涉边以内，没有边干涉出现，即不需要计算避免边干涉的刀位点对第三类干涉边，类似前面算法，设交线轮廓（半圆）圆心为m= 3.3无干涉刀具路径生成刀路的生成需要考虑行间距和刀位点之间的距离（步长）为使计算简化，可以设定行间距恒定，相1994-2016 Ch图，精加工示意）狂1为P4内存粗加工及精加工为一雕塑曲面实体规格是121X90X35mm，共采样43560个数据点（如b所示）米样点间距为0.5mm，行间距为0.5mm.所示分别为第3和第6层的刀具路径，d所示为所有层的刀具路径，e所示为*终的粗加工实体与方法及其为精加工刀具路径，刀路行间距为0.5mm，程序运行时间是2sg所示为*终的精加工实体加工误差0.02mm，无干涉情况出现，己经可以满足大多数实体加工要求，如果扫描测点密度大并且减小刀路行间距，加工精度还能适当提高5结本文提出了由大规模测点直接生成粗、精加工刀具路径的有效解决方法粗加工所采用的层切法具有算法简洁、耗费内存少、效率高和无干涉等优点在精加工刀具路径生成中，通过对点、面和边的无干涉刀位点计算，成功地避免了干涉问题，加工精度高。