具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明介绍了一种曲底槽腔数控加工三轴粗加工余量自动计算方法，整体流程图1所示，具体的包括以下步骤：

步骤S1：识别待加工零件上的加工特征，加工特征包括槽特征以及槽特征的特征面，特征识别采用基于属性邻接图的特征识别方法进行待加工零件上的槽特征进行自动检索，以及对槽特征的各特征面进行识别分类，包括槽底面和侧面。基于属性邻接图的特征识别，其原理在此将不一一赘述。槽特征G及其简略属性邻接图如图2所示，属性邻接图中边属性：凸边记为1，凹边记为0。

对特征面的识别过程为首先识别顶面，然后识别底R面，其次进行底面识别，最后根据识别的顶面，底R面和底面对侧面进行识别，具体各特征面如图3所示。识别过程通过遍历模型上的面根据识别规则进行筛选，识别规则如下：

顶面的识别规则为遍历模型的所有面，若该面内环边皆为凸边则为顶面；

底R面的识别规则为遍历模型的所有面，若该面上任意三点的曲率相同且曲率半径大于0则为底R面；

底面的识别规则为遍历模型的所有面，若该面外环边皆为凹边，其相邻面皆为底R面则为底面；

侧面的识别规则为遍历模型的所有面，若该面是顶面内环相邻面且与底R面相邻则为侧面。

步骤S2：构建刀具和槽特征基于几何关系的刀位模型；刀位模型为刀具相对于槽特征槽腔几何切削材料域的空间位置关系模型，一般来说，根据几何关系可以用刀位模型定义过切，刀位模型基于槽腔的底面形状和侧面开闭角特性构建。

如图4所示的刀具截面与槽腔侧面的几何模型，将槽腔内壁分为上界(侧壁截面线)、界间(底圆面截面线)，下界(底面截面线)。其中，o_r为底圆面截面中心，o_c为刀具圆角中心，o_ro_c连线与底圆面截面交点c称为检查点，o_ro_c连线与刀具的交点s称为可疑点。p_u/p_d分别为底圆面截面与上界/下界的过渡点。当o_ro_c连线分别经过p_u/p_d时，o_ro_c与刀具的交点为s^u/s^d，此时的o_c分别记为

当刀头在界间恰好不产生过切时，s点与c点重合；刀头在上界恰好不产生过切时，s与上界重合；刀头在下界恰好不产生过切时，s与下界重合。因设置余量不足，刀具切入零件，将造成过切。其中将刀头部位切入零件产生的过切称为刀头过切，将刀体部位切入零件产生的过切称为刀体过切。故刀头过切的计算过程为：建立s点与上界的距离模型检查上界过切；建立s点与c点的距离模型检查界间过切；建立s点与下界的距离模型检查下界过切。同理，刀体过切的计算方法为建立刀体余量距离模型。

步骤S3：计算刀具临界状态的加工余量；加工部余量计算以刀位模型和加工工艺为约束，按临界状态进行实际余量计算，其中加工工艺主要考虑刀轴策略，刀轴策略为三轴定轴。为了便于说明，记刀轴策略标志为CF。若刀具为定轴加工，则将刀轴策略表示为CF＝FA。

当定轴(CF＝FA)时，设零件底面的近似曲率半径为r_s，某个槽腔的跨度为l_s，令如图5所示，余量计算有以下规则：

规则1：定轴底面余量规则，若刀轴策略为定轴(CF＝FA)时，槽腔底面设置余量为a_b，则对于凸底面槽腔，底面余量增大为y_b＝a_b+ε，对于凹底面槽腔，底面余量减小为y_b＝a_b-ε。

以上规则的定义理由是当凸底面槽腔为“中间高两边低”时，底面余量值以最高点为基准，当凹底面槽腔为“中间低两边高”时，底面余量值以最底点为基准。由规则1知当r_s很大且l_s很小时，则ε≈0，可以忽略ε，即y_b≈a_b。

设刀轴方向由刀头指向刀柄，记为侧壁面法向指向体外，记为则图6中刀轴方向与侧壁面的夹角，记为

规则2：定轴侧面余量规则，若刀轴策略为定轴(CF＝FA)时，侧面设置余量为a_s。若侧面为闭角面则侧面实际余量为y_s，刀体余量为y_s′＝a_s-(h-y_b)tanα；若侧面为开角面则侧面实际余量为y_s＝a_s-(h-R-y_b)tanα；若当侧面为竖直面则侧面实际余量为a_s。

步骤S4：根据步骤S3中计算的余量计算结果，进行上界、界间、下界过切判断，由过切判断引导进行余量自动计算。对刀具在槽腔内的加工进行过切判断，并由过切判断引导余量的自动计算。

首先进行上界过切判断，由图6中，s点与上界的距离，可得以下判断规则：

规则3：刀具定轴加工闭角面若y_s′＜0，则刀体过切上界，否则刀体不过切上界。

规则4：刀具定轴加工开角面若y_s＜0，则刀体过切上界，否则刀体不过切上界。

其次界间过切判断，如图7所示，由s点与c点的距离模型，s相对坐标c相对坐标则过切判断规则如下：

规则5：刀具定轴加工开角面时，若z_s≤r-R∧，z_b≤r-R∧，则表示刀头界间过切；否则，刀头界间不过切。

其中定位角计算，由图8中几何关系，得

式中，当刀具定轴(CF＝FA)加工时，底面余量z_b≈a_b，侧面余量分类讨论：侧壁为闭角面时，侧面余量z_s≈y_s′+(h-r)tanα；侧壁为开角面时，z_s≈a_s-(h-r)tanα；侧壁为竖直面时，z_s＝a_s。

最后，进行下界过切判断，由于a_b≥0，保证了s_b≥0，故不会产生过切。实际中下界过切的主要原因选刀形状不合适，而调节控制余量并不能解决过切问题，故不考虑。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。