[發(fā)明專利]一種面向五軸數(shù)控銑床精加工的裝夾規(guī)劃方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810851822.9
• 申請(qǐng)日: 2018-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN109015008B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳寶權(quán);趙海森;張皓;辛士慶;鄧園旻;屠長(zhǎng)河;王文平;丹尼爾·科恩·奧爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q3/06
• 分類號(hào): B23Q3/06
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 楊哲

本發(fā)明公開了種一種面向五軸數(shù)控銑床精加工的裝夾規(guī)劃方法及裝置，該方法包括：接收工件模型，對(duì)其表面采樣獲得采樣點(diǎn)，計(jì)算工件模型各采樣點(diǎn)的可用刀具加工方向；將工件模型表面劃分為3+2工作模式可加工的子區(qū)域，并指定其刀具方向；選擇一組最優(yōu)備選裝夾方向，計(jì)算其中每個(gè)備選裝夾方向的可加工范圍；采用SetupCover算法計(jì)算所有有效裝夾方向組合；將3+2工作模式可加工的子區(qū)域通過標(biāo)簽擴(kuò)散的方法代入每個(gè)有效裝夾方向組合；采用Graphcut算法消除代入子區(qū)域的有效裝夾方向組合中的重合部分，得到最終劃分區(qū)域；采用snake網(wǎng)格游走算法對(duì)最終劃分區(qū)域的邊界進(jìn)行平滑。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于數(shù)控精加工的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種面向五軸數(shù)控銑床精加工的裝夾規(guī)劃方法及裝置。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

數(shù)控加工(Computer Numerical Control,CNC)是指運(yùn)用加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、電火花線切割設(shè)備、螺紋切削機(jī)等數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工。通過編程，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)以連續(xù)的方式按要求去除余料，適合于大批量、形狀復(fù)雜的零件。自從上世紀(jì)40年代第一臺(tái)手動(dòng)控制機(jī)床誕生開始，數(shù)控加工發(fā)展出車、銑、刨、磨等多種加工工藝。其中銑床指用銑刀對(duì)工件多種表面進(jìn)行加工的機(jī)床，能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸，適合加工比較復(fù)雜的型面。其通常加工流程包括粗加工，精加工和后清理(清根)。粗加工一般采用大尺寸銑削刀頭，快速去除大部分不屬于目標(biāo)形狀的毛坯部分，得到目標(biāo)部件的近似形狀；該近似形狀實(shí)際上是目標(biāo)部件的一個(gè)等距偏置面。精加工用較小尺寸的銑削刀頭，去除近似形狀上不屬于目標(biāo)工件的余料。由于精加工刀頭尺寸及待加工部件本身結(jié)構(gòu)限制，精加工后仍可能會(huì)遺留部分未清理部分，需在后清理階段進(jìn)行進(jìn)一步清理。

最常用的數(shù)控銑床包括：主要用于加工平面型腔結(jié)構(gòu)的三軸數(shù)控銑床，以及加工復(fù)雜自由曲面的五軸數(shù)控銑床。五軸數(shù)控銑床一般由三個(gè)移動(dòng)軸(XYZ)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(AB)組成，按照工作方式不同可分為3+2工作模式和5軸聯(lián)動(dòng)工作模式。3+2工作模式，或稱為定軸加工，是指刀具在加工某一片區(qū)域的過程中只是三個(gè)移動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)，另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸不動(dòng)；加工區(qū)域轉(zhuǎn)換由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)完成，此時(shí)三個(gè)移動(dòng)軸終止銑削。五軸聯(lián)動(dòng)工作模式是指刀具在切削過程中五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸同步運(yùn)動(dòng)銑削。

在3+2工作模式的五軸數(shù)據(jù)銑床加工前需要進(jìn)行裝夾規(guī)劃和3+2區(qū)域劃分。其中，裝夾規(guī)劃是指裝夾過程工件方向規(guī)劃及對(duì)應(yīng)加工范圍劃分。3+2區(qū)域劃分是指將某裝夾方向下的加工范圍進(jìn)一步劃分為3+2工作模式可加工的子區(qū)域并指定其刀具方向。現(xiàn)有技術(shù)中大多裝夾規(guī)劃采用遺傳算法、專家系統(tǒng)、決策樹、訓(xùn)練學(xué)習(xí)等方法，主要處理基本幾何元素組成用于工業(yè)零件的CAD模型，無(wú)法處理無(wú)明顯特征線的自由曲面組成的全封閉工件。當(dāng)前的實(shí)際生產(chǎn)中，裝夾規(guī)劃和3+2區(qū)域劃分還需要依賴于工程師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了一種面向五軸數(shù)控銑床精加工的裝夾規(guī)劃方法及裝置，首先進(jìn)行3+2加工模式約束的區(qū)域分割，并將其分割結(jié)果代入之后裝夾約束下的區(qū)域劃分，最后用一種優(yōu)化策略在不影響裝夾約束和3+2加工模式約束的下對(duì)區(qū)域劃分的邊界進(jìn)行平滑，保證劃分區(qū)域邊界的規(guī)整平滑。

根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，提供一種面向五軸數(shù)控銑床精加工的裝夾規(guī)劃方法。

一種面向五軸數(shù)控銑床精加工的裝夾規(guī)劃方法，該方法包括：

接收工件模型，對(duì)其表面采樣獲得采樣點(diǎn)，計(jì)算工件模型各采樣點(diǎn)的可用刀具加工方向；

將工件模型表面劃分為3+2工作模式可加工的子區(qū)域，并指定其刀具方向；

選擇一組最優(yōu)備選裝夾方向，通過判定各采樣點(diǎn)的可用刀具加工方向?qū)τ诟鱾溥x裝夾方向是否可加工，計(jì)算其中每個(gè)備選裝夾方向的可加工范圍；

采用SetupCover算法計(jì)算所有有效裝夾方向組合；