数控刀具的特征造型方法

1 引言

特征造型不仅能表达机械零件的底层几何信息，而且可从具有工程意义的较高层次上对产品进行表达和建模，有效支持产品整个生命周期内的各个环节。因此，特征造型是将设计与质量计算、工程分析、数控加工编程等环节联结起来的纽带。

大多数特征造型系统均采用边界表示法(B-rep)和构造几何法(CSG)相结合的方法来描述零件的形状特征。边界表示法主要用于描述构成几何体的几何元素(顶点、线、面等)之间的拓扑关系，并可辅助用户选取特定的几何元素；构造几何法则通过树形操作完成实体体素的拼合，形成最终设计特征。本文主要讨论构造几何法的扩展及其在数控镗刀特征造型系统中的应用。该方法对于其它数控刀具同样适用。

2 辅助面切割法的引入

由于数控刀具的形体为不规则的棱柱体，而构造几何法采用的拼合体素为规则形体，因此，单纯采用构造几何法对数控刀具进行造型，既不灵活效率又低。如引入辅助面切割法，则可简化造型过程，提高造型效率，在某些情况下还可降低造型难度。试举二例：

例1 图1所示为数控刀具造型过程中构造后刀面的抽象图形。为获得形体Ⅰ，采用构造几何法的步骤如下：

图1

1) 构造原始长方体；
2) 构造直棱柱Ⅱ，并从原始长方体中减去直棱柱Ⅱ，得到中间形体；
3) 由于棱柱Ⅲ为非直棱柱，经处理补齐为直棱柱，再从第2步所得中间形体中减去处理后的直棱柱。

由上述步骤可见，为得到形体Ⅰ，需构造三个体素、进行两步拼合才能实现，并且还需对不规则体素进行处理，形成体积比原体素大的规则体素后方能拼合，过程复杂。

若采用辅助面切割法解决上述问题，则只需构造原始长方体和辅助面P，然后用 P面切割原始长方体，即可达到目的。