1 二維半零件
平面型腔(指以平面封閉輪廓為邊界的平底槽腔)的數(shù)控加工在實(shí)際生產(chǎn)中較常見，CAD/CAM軟件一般將平面型腔的數(shù)控加工(即平面銑削)作為CAM的基本功能模塊，但許多軟件的這一功能僅僅局限于單個(gè)型腔，型腔中雖然可以帶有多個(gè)島嶼，但島嶼頂面要在同一高度平面上(島嶼同高)，并與型腔的頂面共面。對(duì)于島嶼不同高的單型腔零件，如圖1所示，長(zhǎng)方體型腔loop0(頂面高h0，底面高h(yuǎn)3)中含有兩個(gè)柱體島嶼loop1(頂面高h(yuǎn)1)和loop2(頂面高h(yuǎn)2)，h0>h1>h2>h3,只能采用分而治之的辦法，由用戶將其分解為3個(gè)高度段[h1,h0]，[h2,h1],[h3,h2]的3個(gè)型腔分別編程處理。
在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)遇到更復(fù)雜的情況：一個(gè)零件包含多個(gè)型腔，每個(gè)型腔的深度不同，且包含多個(gè)高度不同的島嶼，島嶼中又鑲嵌著不同深度的內(nèi)層型腔，內(nèi)層型腔又包含島嶼，見圖2。型腔loop0(頂面高h(yuǎn)0,底面高h(yuǎn)5)包含loop1島嶼(頂面高h(yuǎn)3)，loop2島嶼(頂面高h(yuǎn)2)在loop1島嶼上，形成一個(gè)臺(tái)階。loop2中鑲嵌著內(nèi)層型腔loop3(底面高h(yuǎn)4)，loop4(底面高h(yuǎn)6)為loop3的內(nèi)層型腔，它比最外層型腔loop0底面還低。loop5島嶼(頂面高h(yuǎn)1)，為loop4型腔的島嶼，它的頂面高于loop2島嶼。這類零件稱為二維半零件，即由一系列柱體(棱線平行Z軸，母線為垂直Z軸的某個(gè)平面上的封閉曲線)經(jīng)過和、交、差布爾運(yùn)算得出形狀的零件。
二維半零件的數(shù)控加工在基于單型腔(島嶼同高)的CAM系統(tǒng)中，只能由用戶將零件分解為多個(gè)單型腔分別編程處理，這樣使問題變得很復(fù)雜，因此開發(fā)二維半零件的數(shù)控加工功能具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
2 二維半零件的幾何造型
基于實(shí)體造型的CAD/CAM系統(tǒng)，采用實(shí)體造型的方法很容易對(duì)二維半零件進(jìn)行造型。世界著名的CAD/CAM軟件——美國(guó)EDS公司研制的UGⅡ就采用了實(shí)體造型，它生成二維半零件的數(shù)控加工刀具軌跡的步驟大致如下：
- 建立二維半零件的實(shí)體模型。
- 確定加工區(qū)域。
- 選取加工區(qū)域的各邊界輪廓(boundary)，并由用戶選取inside和outside開關(guān)，以確定邊界屬于型腔邊界(outside)或島嶼邊界(inside)；
- 確定邊界平面(boundary plane)，由兩種方式確定，即自動(dòng)確定(默認(rèn)輪廓所在平面)或用戶定義平面；
- 選取底平面(floor)。
- 選取加工參數(shù)并生成刀具軌跡。
在基于曲面造型的CAD/CAM系統(tǒng)中，如果將二維半零件采用曲面造型方法表示為組合曲面，作為組合曲面進(jìn)行數(shù)控編程，則造型和數(shù)控編程計(jì)算量大，問題過于復(fù)雜，顯然不可取，而專門開發(fā)相應(yīng)的實(shí)體造型功能也不經(jīng)濟(jì)。因而，確定滿足數(shù)控加工需要的簡(jiǎn)易的造型方法是解決二維半零件數(shù)控加工問題的前提。 一個(gè)型腔由二維邊界輪廓、型腔頂面和底平面唯一確定。一個(gè)島嶼由二維邊界輪廓、島嶼的頂面和底平面唯一確定。然而，在二維半零件中，島嶼的底面是某個(gè)型腔的底面或某個(gè)島嶼的頂<
