[發(fā)明專利]使用中軸變換優(yōu)化工具路徑的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310287490.3
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN103543696A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·L·柏林;P·L·弗里曼
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號(hào): G05B19/4097
• 分類號(hào): G05B19/4097
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

背景技術(shù)

CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造）系統(tǒng)可以與CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控）系統(tǒng)集成以提供快速、有效的工件機(jī)械加工。CAM系統(tǒng)采用多種工具路徑策略以在粗機(jī)械加工操作中引導(dǎo)切割工具，在所述粗機(jī)械加工操作中，將工件機(jī)械加工為近凈成形。在一種通常被稱為恒定偏置或平行偏置的工具路徑策略中，切割工具和工件的徑向接合程度隨著切割工具沿工具路徑的移動(dòng)而變化。雖然沿直線切口的材料切除率（MRR）可能是最佳的，但當(dāng)工具進(jìn)入徑向接合增加的急彎或者拐角時(shí)，進(jìn)給速率必須降低。

為了增加機(jī)械加工效率并減少工具的磨損/損壞，自適應(yīng)型工具路徑策略已經(jīng)被開發(fā)出，其中基本貫穿粗機(jī)械加工操作而保持切割工具和工件的全徑向接合。基于切割工具的全徑向接合，CAM系統(tǒng)可以計(jì)算帶來更高的可用機(jī)床功率的使用率的軸向切割深度和進(jìn)給速率。雖然自適應(yīng)工具路徑策略可以顯著增加切削效率，但機(jī)械利用率仍然未被充分優(yōu)化。這是因?yàn)?，雖然工具路徑程序可以調(diào)用恒定的切割工具進(jìn)給速率，但機(jī)械因?yàn)槠渥陨淼膽T性質(zhì)量可能無法真正實(shí)現(xiàn)恒定的進(jìn)給速率。例如，當(dāng)切割工具到達(dá)外部切割區(qū)域邊界時(shí)，機(jī)械需要減速、停止、改變方向并重新加速。由于工具路徑速率和方向的這些頻繁改變而引起的效率的損失沿工件的狹窄或緊湊區(qū)域可能尤其嚴(yán)重。在這些區(qū)域中，需要切割工具的多次短程來回通過，每次都要求切割工具減速、改變方向并重新加速。

因此，需要一種使用增大機(jī)械加工效率的自適應(yīng)工具路徑策略的工件粗機(jī)械加工的方法，特別是沿被機(jī)械加工的區(qū)域的狹窄或者緊湊區(qū)域。還需要一種機(jī)械加工方法，當(dāng)切割工具與工件保持基本充分的接合時(shí)，所述機(jī)械加工方法保持切割工具的進(jìn)給速率為基本恒定的速度。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)所公開的實(shí)施例，提供了使用自適應(yīng)工具路徑策略的自動(dòng)化機(jī)械加工方法，所述方法使用更大量的機(jī)械工具的可用功率以便提高材料去除速率并減少機(jī)械加工時(shí)間。對(duì)切割工具的減速、改變方向和重新加速的需要被顯著減少。生成長而平滑的工具路徑，其允許在基本整個(gè)粗機(jī)械加工操作過程中保持基本恒定的進(jìn)給速率。所述方法產(chǎn)生了可以用作粗機(jī)械加工起點(diǎn)的預(yù)粗機(jī)械加工條件，所述粗機(jī)械加工采用基本百分之百的工具接合和與機(jī)械的最大操作約束匹配的進(jìn)給速率。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了使用數(shù)控機(jī)床粗機(jī)械加工工件的方法。該方法包括選擇限定待機(jī)械加工的工件的區(qū)域形狀的邊界，確定該形狀的中軸，利用所述中軸生成第一組工具路徑數(shù)據(jù)以用于引導(dǎo)切割工具的移動(dòng)，使用所述第一組工具路徑數(shù)據(jù)在所述工件中機(jī)械加工預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽，基于該溝槽的幾何構(gòu)形生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)，并使用第二組工具路徑數(shù)據(jù)對(duì)所述工件進(jìn)行粗機(jī)械加工。確定所述形狀的中軸是由使用計(jì)算機(jī)實(shí)施的中軸變換算法執(zhí)行的，并且確定所述中軸包含生成代表所述形狀的多條曲線，并且然后通過取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線而細(xì)化所述多條曲線。生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)是使用自適應(yīng)工具路徑算法執(zhí)行的。中軸變換算法包含縮放的中軸變換。取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線是使用編程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行的?？商鎿Q地，取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線包含向人視覺的呈現(xiàn)所述多條曲線，并由人執(zhí)行所述取消選定。工件的粗機(jī)械加工開始于將切割工具定位在所述溝槽內(nèi)并從所述溝槽以基本平滑的曲線向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)包含選擇從所述溝槽向外螺旋前進(jìn)的工具路徑圖案。所述粗機(jī)械加工包含從所述溝槽向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。

根據(jù)再一個(gè)實(shí)施例，提供了粗機(jī)械加工具有至少一個(gè)狹窄區(qū)域的工件的方法。該方法包含向計(jì)算機(jī)輸入限定待機(jī)械加工的工件區(qū)域的形狀的切割邊界，使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述形狀的中軸變換，包括生成描述該形狀的一組中軸曲線，選擇某些中軸曲線以用于生成預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑，基于選擇的中軸曲線使用計(jì)算機(jī)生成預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑，使用預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)所述切割工具以在工件中自動(dòng)機(jī)械加工預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽，基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的幾何構(gòu)形使用計(jì)算機(jī)生成粗機(jī)械加工的工具路徑，使用粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)切割工具以自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分。使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述形狀的中軸變換包含執(zhí)行分級(jí)的（scalar）中軸變換。自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分包含使用粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)切割工具以基本平滑的曲線從預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽向外螺旋前進(jìn)。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行對(duì)所述中軸中的一些的選擇。自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分包含在整個(gè)粗機(jī)械加工的工具路徑中保持基本恒定的徑向切割深度。