[發(fā)明專利]對通過工具對工件的機械加工進行仿真的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380017553.1
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN104204978A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·埃爾迪姆;阿蘭·蘇利文
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G05B19/4069
• 分類號: G05B19/4069
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及分析通過橫切工件的工具去除的去除體，更具體地講，涉及在對通過工具對工件的機械加工的仿真期間確定從工件去除的去除體的幾何性質(zhì)。

背景技術(shù)

NC銑削

對數(shù)控(NC)銑削進行仿真在計算機輔助設(shè)計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)中有著基礎(chǔ)性的重要地位。在仿真期間，利用NC銑削工具的計算機表示和一組NC銑削工具運動來編輯工件的計算機模型以對銑削工藝進行仿真。

工件模型和工具表示可在仿真期間被可視化，以檢測部件(例如，工件和工具夾具)之間的潛在沖突，并且在仿真之后核實工件的最終形狀。

工件的最終形狀受工具的選擇和工具運動的影響。用于控制這些運動的指令通常利用CAM系統(tǒng)從工件的期望的最終形狀的圖形表示來生成。運動通常利用數(shù)控編程語言(也被稱作預備代碼(preparatory?code)或G代碼)實現(xiàn)，參見例如RS274D和DIN66025/ISO6983標準。

CAM系統(tǒng)所生成的G代碼可能未產(chǎn)生期望的形狀的準確復制。另外，NC工具的移動由NC銑床的操作部件來支配，所述操作部件可具有受限制的速度、運動范圍以及加速和減速能力。因此，實際工具運動可能未準確遵循NC機器指令。

工件的最終形狀與工件的期望形狀之間的差異可能非常小。在一些情況下，這些差異可在工件的最終形狀的表面中導致不期望的孔或裂紋，在尺寸上，所述孔或裂紋的深度和寬度大約為幾微米并且長度為幾十微米。

通常，在對期望的部件進行銑削之前，通過對由較軟、較便宜的材料制成的測試工件進行銑削來測試一組NC機器指令。如果測試工件的目視檢查定位到測試工件中的不期望的差異，則可相應(yīng)地修正NC機器指令。

這種手動測試耗時且昂貴。對單個測試工件進行機械加工的時間可為大約幾個小時，并且在獲得合格的一組NC機器指令之前可能需要多次迭代。因此，期望的是，利用基于計算機的仿真和渲染來針對這些差異進行測試。然而，為了針對尺寸可能為大約一米的工件檢測尺寸為大約幾微米的差異，需要非常精確的計算機模型。本發(fā)明的目的是提供一種空間和時間有效的方法來為銑削仿真表示并渲染這些高精度模型。

掃掠體

在銑削期間，工具根據(jù)規(guī)定的工具動作(本文中稱作工具路徑)來相對于工件移動。工具路徑可包含關(guān)于工具相對于工件的相對位置、取向以及其它形狀數(shù)據(jù)的信息。

隨著工具沿著工具路徑移動，工具切出“掃掠體”。在銑削期間，隨著工具沿著工具路徑移動，由掃掠體橫切的一部分工件被去除。這種材料去除可被計算建模為構(gòu)造立體幾何(CSG)差分運算，其中，利用掃掠體從工件的CSG減法運算來從工件去除一部分工件。

盡管NC銑削仿真用作示例應(yīng)用，掃掠體適用于科學、工程、娛樂和計算機圖形的許多領(lǐng)域。一些具體應(yīng)用包括計算機輔助設(shè)計、自由設(shè)計、基于計算機的制圖、動畫、實體建模、機器人學、制造自動化和可視化等。以下描述適用于需要或期望掃掠體的準確表示的所有領(lǐng)域。

盡管本說明書專注于三維坐標系，術(shù)語“掃掠體”可更一般地擴展至N維坐標系。具體地講，以下描述也適用于沿著二維空間中的路徑移動的一維或二維形狀掃掠過的面積，或者適用于在更高維系統(tǒng)中的路徑或表面上移動的形狀掃掠過的超體積。

Abdel-Malek、Blackmore和Joy在“Swept?Volumes:Foundations,Perspectives,and?Applications”(International?Journal?of?Shape?Modeling，2006)中提出了掃掠體研究的重要性和挑戰(zhàn)的綜述。他們得出結(jié)論，難以利用軟件實現(xiàn)掃掠體的復雜數(shù)學公式化限制了這一領(lǐng)域的研究，并且計算掃掠體的邊界仍然是具挑戰(zhàn)性的難題，需要更好的可視化工具和更準確的方法。

如美國專利No.4,833,617中所描述的，沿著簡單路徑移動的簡單形狀的掃掠體通常可通過解析法來表示。然而，那些方法沒有推廣至復雜形狀和復雜工具路徑。