基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成方法和系统

本发明属于齿轮加工及数控加工，具体的为一种基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成方法和系统，用于齿轮、齿套或其它具有环形离散齿槽的零件进行逐槽铣削、磨削或复合加工规划。

背景技术：

1、在齿轮加工领域，一个加工任务通常包括多个加工循环，每个加工循环关联一个有序切削列表；切削列表中的不同刀次可具有不同的切深、进给、轨迹或补偿参数，并通过分度标志说明完成该刀次后是否需要转动工件。同时，齿槽访问顺序还受到跳槽量、分度方式、分段范围以及刀具一次覆盖齿槽数量的影响。上述加工任务需要被转换为机床可执行的齿槽表（提供分度位置）、切削表（提供切削参数）和加工循环表（提供循环参数），才能驱动数控机床完成齿轮加工。因此，如何准确、高效地将工艺规划层面的加工意图转换为三张结构一致的控制表，是齿轮加工cam/nc系统的核心技术问题之一。

2、现有技术中，已有方案针对齿轮加工中的特定模式提出了相应的处理方法。例如，一种同步器齿套内倒锥加工方案，该方案允许在连续切削和跳齿切削之间进行选择：在满足齿数与刀具数量关系时，能够同时切削固定数量的齿槽，完成一组后转过一个齿角加工下一组，并利用多摆线簇逐槽完成加工。该方案说明跳齿加工和成组加工多个齿槽本身已经属于已知技术方向。然而，该方案的公开重点在于切削方式及成组分度关系，未见把一次机床加工事件中的齿槽标识、切削标识和加工循环标识绑定为统一事件，也未见根据每个齿槽的许可切削集合过滤事件、扩展免分度切削并从同一事件索引同步生成三张参数表。

3、另有技术方案采用具有多个轮廓段的刀具加工多个齿槽：每次行程后进行分度，使同一齿槽依次接受不同轮廓段加工；还可以把相同轮廓段分组，并根据分组数量跨多个齿槽分度。该方案适用于以成形磨削体对多个齿槽实施并行或顺序加工，说明多轮廓段刀具同时覆盖多个齿槽、同一齿槽依次接受不同刀具段以及跨槽分度均已有公开基础。但该方案未见针对不同加工循环建立每槽许可切削索引，也未见在跳槽、摆动、分段和多联刀模式之间进行统一路由；尤其没有公开把齿槽、切削和加工循环从同一加工事件序列投影为同长、同索引的三张控制表。

4、在通用多轴数控加工领域，已有技术提出通过齿面几何生成多轴加工轨迹和控制数据，其先提供齿面几何，确定多个修形或位移参数，据此改变齿面几何，再生成刀具沿多条加工路径运动的控制数据。该方案适用于通用多轴机床上的齿面逐线铣削和修形加工。相关技术还公开了根据齿面几何、接触区域及修形相关参数生成齿面加工轨迹和数控机床控制数据的方案。上述技术的核心是齿面几何、修形参数和刀具轨迹之间的转换关系，其面向的是通用曲面加工场景，而非专门针对逐槽加工时的加工循环-切削-分度事件展开。因此，“生成nc控制数据”这一上位概念虽已公开，但不能直接解决多模式逐槽加工中的三表语义错位问题。

5、此外，在通用cam/nc编程领域，齿槽表、切削表和加工循环表通常由工艺人员分别制定或由不同功能模块分别生成。这种各自独立生成的方式存在以下问题：由于跳槽、摆动分度、分段加工及单联/双联/三联刀具会分别改变齿槽访问顺序、单次覆盖宽度和分度边界，齿槽、切削和加工循环若分别生成，容易发生同一索引指向不同物理事件的情况。尤其在跳过某些齿槽、过滤某些刀次或插入无需分度的后续切削时，三张数组的长度和顺序均可能变化，从而造成错误齿槽执行错误刀次或调用错误加工循环。

6、同时，不同齿槽可能对应不同的有效行程或刀次，如果仅按统一切削次数遍历全部齿槽，容易产生无效切削、漏切或未授权重复切削。而现有技术方案多针对单一运动关系，缺乏基于每齿槽许可切削集合的事件过滤机制。此外，一个加工循环内可能存在连续多个切削，其中部分切削之间不需要工件分度；若仍逐刀独立生成齿槽号，可能在同一齿槽尚未完成连续切削时提前分度。现有技术方案对这种情况也缺乏有效的免分度切削闭包处理。

7、综上所述，现有技术已经分别公开了跳齿或跳槽加工、成组加工多个齿槽、具有多个轮廓段的刀具、跨槽分度以及根据齿面几何生成加工轨迹或nc控制数据等单项功能。然而，上述方案中跳槽、单齿分度、摆动分度、分段加工以及单联、双联、三联刀具各自具有不同的齿槽访问逻辑和分度规则，现有技术缺少一种能够将上述多种模式统一表达的框架，也难以在同一计算链内保持一致性。尤其缺少一种将加工循环及其有序切削序列、齿槽访问序列和分度标志统一展开为加工事件，再通过同一事件索引同步生成齿槽表、切削表和加工循环表，并对三表进行覆盖校验与一致性检查的方法。因此，如何在多模式逐槽加工条件下实现三表同步生成并保证语义一致，是齿轮加工cam/nc系统亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成方法和系统，通过将加工事件统一索引，经许可过滤、免分度闭包后同步投影为三张等长控制表，并结合覆盖校验保证语义一致性，从而提高cam/nc加工计划的可靠性。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明首先提出了一种基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成方法，包括如下步骤：

4、步骤s1，参数读取与归一化：读取工件总齿槽数、加工循环及其有序切削序列、每个切削的完成分度标志、每个齿槽的许可切削集合、目标覆盖次数、分度模式、跳槽数、刀具模式、旋转方向及分段参数，将外部齿槽编号转换为统一的环形索引，并将所述刀具模式映射为对应的刀具覆盖宽度；

5、步骤s2，模式路由与互斥校验：根据所述分度模式、是否启用分段及所述刀具覆盖宽度，选择对应的齿槽访问序列生成器，并执行模式互斥校验，确保所述分度模式、跳槽数、分段参数及刀具覆盖宽度构成合法组合；

6、步骤s3，齿槽访问序列生成：逐加工循环生成参考齿槽访问序列，在生成每个参考齿槽的同时，同步计算以该参考齿槽为起点且具有当前加工循环的刀具覆盖宽度的多联刀具所对应的实际覆盖齿槽集合；

7、步骤s4，候选基础事件生成：将每个加工循环的所述参考齿槽访问序列与该加工循环的有序切削序列进行配对，生成候选基础加工事件，每个候选基础加工事件至少绑定参考齿槽标识、切削标识、加工循环标识以及完成该切削后的分度标志；

8、步骤s5，许可过滤：依据每个齿槽的所述许可切削集合，对所述候选基础加工事件执行许可过滤，仅当该事件的参考齿槽及其实际覆盖齿槽集合中的所有齿槽均满足对应的许可条件时，将该事件接受为基础加工事件，否则丢弃该事件并记录过滤原因；

9、步骤s6，免分度闭包扩展：对每个接受的基础加工事件，沿同一加工循环的有序切削序列向后检查，若当前切削完成后的分度标志指示不需要分度，则生成使下一切削保持相同参考齿槽和相同加工循环的派生事件，该派生事件再次经过所述许可过滤和去重处理，所述闭包扩展持续进行直至遇到需要分度的切削边界或到达循环末尾；

10、步骤s7，事件排序与去重：对经过许可过滤和免分度闭包扩展后得到的所有加工事件，按照加工循环顺序、齿槽访问顺序和循环内切削顺序执行稳定排序，并对具有相同访问相位、参考齿槽、加工循环和切削编号的重复事件进行去重，仅保留具有明确来源优先级的一项，形成最终统一加工事件序列；

11、步骤s8，三表同源投影：从所述最终统一加工事件序列中，按事件顺序读取每个事件的参考齿槽字段、切削字段和加工循环字段，分别一次性投影生成齿槽表、切削表和加工循环表，三张表具有相同的事件索引长度；

12、步骤s9，一致性与覆盖校验：对所述齿槽表、切削表和加工循环表执行组合校验，所述组合校验至少包括三表等长校验、同索引语义一致性校验，以及基于所述实际覆盖齿槽集合对每个齿槽-切削组合的实际覆盖次数与所述目标覆盖次数之间的覆盖完整性校验；

13、步骤s10，加工计划输出或失败处置：若所述组合校验全部通过，则按三表同一索引组合生成cam/nc加工计划；若任一校验失败，则拒绝输出新程序，并返回包含失败类型及对应加工循环、齿槽、切削标识的诊断信息。

14、进一步，步骤s1中，所述刀具模式包括单联刀具、双联刀具和三联刀具，所述刀具覆盖宽度  分别对应为1、2和3个齿槽，其中  为加工循环索引；所有齿槽号均按所述工件总齿槽数  取模归一化，以形成从0开始的环形索引。

15、进一步，步骤s2中，所述分度模式包括单件分度模式、摆动分度模式和分段模式；所述模式互斥校验包括：当所述分度模式为摆动分度模式时，强制所述跳槽数  为零；当所述分度模式为分段模式时，其分段起止位置和有效齿数必须形成非空集合；以及所述刀具覆盖宽度  不得大于所述工件总齿槽数  或分段允许宽度；

16、在所述单件分度模式下，所述参考齿槽访问序列按照如下步进关系生成：

17、

18、其中：  为加工循环  的参考齿槽访问序列  中的第  个参考齿槽； 为加工循环  的刀具覆盖宽度；  为跳槽数；并且：当按上式形成的一个环形相位返回已访问位置而目标覆盖尚未满足时，从尚未满足目标覆盖的最小齿槽索引开启下一相位；

19、在所述摆动分度模式下，所述参考齿槽访问序列从中间参考位置 开始，向两侧交替生成，其中：  为工件总齿槽数；对正整数  ，其两侧访问位置分别为：

20、

21、并且仅生成并保留下标小于  的项，以避免在偶数齿槽数量下产生末端位置重复；

22、所有所述参考齿槽以及由所述实际覆盖齿槽集合  确定的全部覆盖齿槽，均须限制在预定的分段有效齿槽集合内。

23、进一步，步骤s3中，对于环形工件，以参考齿槽  为起点且具有覆盖宽度  的多联刀具的实际覆盖齿槽集合 由下式确定：

24、

25、其中： 为工件总齿槽数； 为加工循环  的刀具覆盖宽度，且 ；为......；为覆盖齿槽的偏移索引，。

26、进一步，步骤s5中，齿槽  对切削  的许可指示量  表示为：

27、

28、其中，  为齿槽  的许可切削编号集合，  为条件指示函数，条件成立时取1，否则取0；

29、对于多联刀具，其严格许可条件为所述参考齿槽  及其实际覆盖齿槽集合中的所有齿槽均满足所述许可指示量，即：

30、

31、其中：  为以参考齿槽  为起点、覆盖宽度为  的实际覆盖齿槽集合。

32、进一步，步骤s6中，通过免分度保持量  判断同一加工循环  内从切削位置 到切削位置  是否保持在同一参考齿槽：

33、当  时， ；

34、当  时， ；

35、其中： 表示加工循环  中第  个切削完成后的分度标志，其值为0表示不分度，1表示分度；

36、仅当从切削位置  到  的所有切削完成后均不分度时，第  个切削的派生事件才保持在同一参考齿槽。

37、进一步，步骤s8中，所述最终统一加工事件序列  包括  个加工事件，其中：第  个加工事件  ；  为第  个事件的参考齿槽； 为第  个事件的切削编号；  为第  个事件的加工循环编号；  为第  个事件的分度标志；

38、所述齿槽表  、切削表  和加工循环表  由相同事件索引直接投影得到：

39、

40、并且三表的首要一致性约束为：

41、

42、其中：  表示表的长度。

43、进一步，步骤s9中，每个齿槽  对切削  的实际覆盖次数  由下式统计：

44、

45、其中：  为最终加工事件总数；  为第  个事件的切削标识；  为第  个事件的参考齿槽；  为第  个事件所在加工循环的刀具覆盖宽度；  为该事件的实际覆盖齿槽集合；  为条件指示函数，条件成立时取1，否则取0；

46、所述覆盖完整性校验包括将所述实际覆盖次数  与目标覆盖次数  进行比较，校验条件为：

47、

48、若工艺允许授权重复覆盖，则将所述校验条件替换为预设的目标覆盖次数上下界区间约束。

49、进一步，步骤s9中，所述组合校验还包括以下一项或多项校验：

50、分段边界校验：验证所有事件的实际覆盖齿槽集合  均位于预定的分段有效齿槽集合内；

51、模式互斥校验：验证摆动分度模式下所述跳槽数  是否为零；

52、免分度齿槽保持校验：验证通过免分度闭包生成的派生事件，其参考齿槽与对应基础事件的参考齿槽保持一致；

53、事件唯一性校验：验证已去除具有相同访问相位、参考齿槽、加工循环和切削编号的重复事件；

54、数组容量校验：验证最终事件数量  不超过机床控制器的最大可容纳事件数。

55、进一步，步骤s10中，所述cam/nc加工计划的生成方法为：根据所述齿槽表同一索引下的齿槽号确定工件分度位置，根据所述切削表同一索引下的切削号检索对应刀次的切削参数和刀具轨迹，根据所述加工循环表同一索引下的加工循环号检索对应的加工循环参数，并将所述分度位置、切削参数、刀具轨迹和加工循环参数组合为可执行的单个机床加工事件；

56、若校验失败，则失败诊断信息至少包含失败类型及对应的加工循环标识、齿槽标识、切削标识和分度模式；还包括对可修复错误执行局部重生成策略，所述局部重生成策略包括以下一种或多种：

57、调整未覆盖齿槽的相位起点；

58、将多联刀具事件拆分为单联刀具子事件；

59、切换至工艺授权的替代分度模式；

60、调整跳槽相位；

61、并在执行所述局部重生成策略后返回所述步骤s3重新执行。

62、本发明还提出了一种基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成系统，用于实现如上所述基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成方法，包括：

63、参数与规则归一化模块，用于读取工件总齿槽数、加工循环及其有序切削序列、每个切削的完成分度标志、每个齿槽的许可切削集合、目标覆盖次数、分度模式、跳槽数、刀具模式、旋转方向及分段参数，将外部齿槽编号转换为统一的环形索引，并将刀具模式映射为对应的刀具覆盖宽度；

64、模式路由模块，用于根据所述分度模式、是否启用分段及所述刀具覆盖宽度选择对应的齿槽访问序列生成器，并执行模式互斥校验，确保所述分度模式、跳槽数、分段参数及刀具覆盖宽度构成合法组合；

65、齿槽访问序列生成模块，用于逐加工循环生成参考齿槽访问序列，在生成每个参考齿槽的同时，同步计算以该参考齿槽为起点且具有当前加工循环的刀具覆盖宽度的多联刀具所对应的实际覆盖齿槽集合；

66、加工循环-切削映射模块，用于为每个加工循环建立有序切削序列，每个切削项至少包含切削标识及完成该切削后的分度标志；

67、候选事件生成模块，用于将每个加工循环的所述参考齿槽访问序列与该加工循环的有序切削序列进行配对，生成候选基础加工事件，每个候选基础加工事件至少绑定参考齿槽标识、切削标识、加工循环标识以及完成该切削后的分度标志；

68、许可切削过滤模块，用于依据每个齿槽的所述许可切削集合对所述候选基础加工事件执行许可过滤，仅当该事件的参考齿槽及其实际覆盖齿槽集合中的所有齿槽均满足对应的许可条件时，将该事件接受为基础加工事件，否则丢弃该事件并记录过滤原因；

69、免分度切削闭包模块，用于对每个接受的基础加工事件沿同一加工循环的有序切削序列向后检查，若当前切削完成后的分度标志指示不需要分度，则生成使下一切削保持相同参考齿槽和相同加工循环的派生事件，该派生事件再次经过所述许可切削过滤模块的许可过滤和去重处理，所述闭包扩展持续进行直至遇到需要分度的切削边界或到达循环末尾；

70、事件序列排序去重模块，用于对经过许可过滤和免分度闭包扩展后得到的所有加工事件按照加工循环顺序、齿槽访问顺序和循环内切削顺序执行稳定排序，并对具有相同访问相位、参考齿槽、加工循环和切削编号的重复事件进行去重，仅保留具有明确来源优先级的一项，形成最终统一加工事件序列；

71、三表同源投影模块，用于从所述最终统一加工事件序列中按事件顺序读取每个事件的参考齿槽字段、切削字段和加工循环字段，分别一次性投影生成齿槽表、切削表和加工循环表，三张表具有相同的事件索引长度；

72、一致性与覆盖校验模块，用于对所述齿槽表、切削表和加工循环表执行组合校验，所述组合校验至少包括三表等长校验、同索引语义一致性校验，以及基于所述实际覆盖齿槽集合对每个齿槽-切削组合的实际覆盖次数与所述目标覆盖次数之间的覆盖完整性校验；

73、cam/nc输出及失败诊断模块，用于在所述组合校验全部通过时按三表同一索引组合生成cam/nc加工计划，在任一校验失败时拒绝输出新程序并返回包含失败类型及对应加工循环、齿槽、切削标识的诊断信息。

74、本发明的有益效果在于：

75、本发明基于统一加工事件索引、许可过滤及覆盖校验的齿槽-切削-加工循环三表同步生成方法，通过“先构造统一加工事件序列，再投影为三张控制表”的核心机制，取得了以下技术效果。

76、（1）从根本上消除三表语义错位风险。传统方法中齿槽表、切削表和加工循环表分别生成，在跳槽、过滤刀次或插入免分度切削时，三张表的长度和顺序易发生不一致，导致同一索引指向不同物理事件。本发明将所有加工事件的齿槽标识、切削标识和加工循环标识在同一事件中绑定，三张表仅是同一事件序列在三个字段上的投影，只要事件序列语义正确，三表天然保持等长、同索引，从数据结构层面避免了数组错位风险。

77、（2）实现多模式统一路由与互斥校验。本发明通过模式路由将单件分度、摆动分度、分段模式及单联/双联/三联刀具纳入统一管理框架，不合法组合在事件生成前即被拒绝，避免将未定义的运动关系带入nc程序，提高了系统的安全性和可靠性。

78、（3）实现每槽差异化切削授权。通过为每个齿槽维护许可切削集合，并在事件过滤时同时检查参考齿槽及其实际覆盖齿槽集合中的所有齿槽，使不同齿槽可具有不同的有效刀次，避免了无效切削、漏切和未授权重复切削。

79、（4）保证连续切削期间不发生错误分度。通过免分度闭包机制，将同一加工循环内连续不分度的后续切削保持在当前参考齿槽，直到明确的分度边界，适合粗切、半精切或补偿切削连续作用于同一齿槽的实际加工需求。

80、（5）覆盖校验考虑多联刀具真实作用范围。不仅检查参考齿槽，还利用实际覆盖齿槽集合还原单次事件覆盖的多个齿槽，能够发现漏覆盖、重复覆盖及分段边界外覆盖等问题，只有覆盖完整性校验通过才输出加工计划。

81、（6）形成可追溯的cam/nc技术闭环。三表同一索引直接决定分度位置、切削参数和加工循环参数，校验失败时返回包含加工循环、齿槽、切削、模式及失败类型的错误记录，支持相位调整、多联事件拆分等局部重生成策略，减少了错误程序进入机床控制环节的概率。