环形刀粗加工刀具轨迹生成算法

STL（STereoLithography）数据模型是三维几何建模中常用的一种格式，它由一系列的三角面片组成，用于表示物体的表面。在数控加工领域，STL模型常被用于刀具路径的生成，因为其简洁的结构能够方便地进行几何处理。本文主要讨论了一种针对三轴数控铣削加工的粗加工刀具轨迹生成方法，特别适用于环形刀（Filled-End Mill）。 环形刀，又称填充端铣刀，是一种具有封闭切削刃的铣刀，常用于粗加工过程中切除大量材料。传统的刀具轨迹生成方法可能无法有效地利用环形刀的特点，导致加工效率低下或干涉问题。本文提出的算法旨在解决这些问题。 首先，算法通过顶点偏置算法生成偏置环形刀圆角半径距离的STL偏置模型。这个过程涉及到对STL模型的每个顶点进行偏移操作，形成一个新的边界，以适应环形刀的几何形状。这样可以确保生成的轨迹能充分利用刀具的切削面积，提高粗加工效率。 接下来，使用水平切平面切割偏置模型，得到一系列的截交线。这些截交线定义了在特定高度上刀具可以进行切削的区域。水平切平面的选择通常依据工件的轮廓和加工需求来设定，确保全面覆盖待加工区域。 然后，在每个切平面内，通过对截交线进行偏置，确定加工区域，并规划出刀具轨迹。这一阶段的偏置是为了确定刀具的进给路径，避免在加工过程中出现空隙或干涉。通过这种方法，可以确保刀具在加工时始终保持有效的切削接触。 最后，采用zig-zag策略将不同层面的刀位轨迹连接起来，形成整体的加工轨迹。zig-zag策略是指刀具沿着Z轴方向上下移动，同时在XY平面上按照特定的路径前进，这样可以保证连续的切削动作，减少换刀次数，提高加工连续性。 文章中提到的实例验证了该算法的有效性，表明算法不仅计算简单，而且生成的刀具轨迹能够完全避免干涉，提高了粗加工的效率和安全性。此外，这种方法对于复杂形状的工件以及有严格精度要求的加工任务尤其适用。 关键词：数控加工；STL模型；刀具轨迹；环形刀；粗加工；顶点偏置算法；分阶段偏置几何体；zig-zag方式 此研究对于提升数控铣削加工的自动化水平和加工质量具有重要意义，为后续的精加工提供了良好的基础，也有助于优化整个制造流程，降低生产成本。