用于銑削復(fù)雜通道形腔的自動(dòng)方法
【專利摘要】在此披露了用于通過(guò)以下操作來(lái)由五軸計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器銑削通道形腔的方法和裝置：選擇有待機(jī)加工的一個(gè)工件(141，210)；確定沿該通道形腔的切削工具流；確定切削工具深入穿透程度；確定一條次擺線路徑(815，240)；并且確定多次輔助移動(dòng)(144，260)。
【專利說(shuō)明】用于銑削復(fù)雜通道形腔的自動(dòng)方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年5月11日提交的非臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?3/470，207的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)弓I用結(jié)合在此以用于所有目的。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明在其若干實(shí)施例中總體上涉及針對(duì)計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)而規(guī)劃的工具路徑軌跡，并且更具體地講，涉及使用多軸機(jī)床進(jìn)行的復(fù)雜通道形腔的計(jì)算機(jī)輔助銑削。
[0004]背景
[0005]CAM軟件系統(tǒng)是用于對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床進(jìn)行編程的，CNC機(jī)床用于在機(jī)械加工車間中生產(chǎn)諸如模具、沖模、工具、原型以及航空部件等離散零件。可以機(jī)加工的形狀的種類幾乎是無(wú)限的:形狀通常是根據(jù)方便的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的，經(jīng)常涉及數(shù)學(xué)的子領(lǐng)域例如拓?fù)鋵W(xué)的使用。
[0006]“通道”形狀是非技術(shù)人員也熟悉的一種簡(jiǎn)單圖元幾何概念。通過(guò)指定基線由底表面來(lái)連結(jié)的左側(cè)壁和右側(cè)壁可以完成通道的簡(jiǎn)單且直觀的描述。這樣的一種形狀在CAM生產(chǎn)環(huán)境中處理的大多數(shù)零件中出現(xiàn)；具體地講，在齒輪、葉輪、螺旋槳、抽吸和移動(dòng)裝置以及整體葉盤(壓縮機(jī)的通過(guò)葉片與盤的結(jié)合而獲得的類型)生產(chǎn)的具體領(lǐng)域中存在各種各樣的通道形狀。不同的通道可關(guān)于以下方面彼此不同:壁的高度、壁表面和底表面的曲率、壁的相對(duì)位置、通道的恒定或不恒定的寬度、壁表面的厚度以及其他幾何參數(shù)。對(duì)此類通道的銑削可為這樣一種精細(xì)過(guò)程:可能需要考慮到若干機(jī)械約束和幾何約束。通過(guò)數(shù)控(NC)機(jī)器制造一個(gè)設(shè)計(jì)表面可以包括粗切削和精機(jī)加工這兩個(gè)階段。
[0007]在粗切削期間，必須盡可能快地將原料移除，同時(shí)確保既不過(guò)度切削、也不會(huì)刨削(即該切削工具移除原料的、實(shí)際要求屬于最終目標(biāo)形狀的那一部分，從而將不可彌補(bǔ)的錯(cuò)誤或缺陷引入整個(gè)銑削過(guò)程中)。此外，該切削工具與有待移除的原料之間的接觸速率不能超過(guò)一個(gè)規(guī)定閾值；一個(gè)閾值取決于切刀末端的形狀(即通常是平的、球形的或圓環(huán)形的——圓環(huán)形是介于前兩種形狀之間的中間形狀)，并取決于被移除的原料的類型。
[0008]在精機(jī)加工期間，工具可被放置成與表面具有最大接觸，以將剩余物移除并且形成一個(gè)良好精整過(guò)并準(zhǔn)確的表面。在這兩個(gè)階段(即粗切削階段和精機(jī)加工階段)中，必須保持切削工具的可能出現(xiàn)的振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性(在CAM專門詞匯中也被稱為“抖動(dòng)”)是受控制的，以便減少在通道壁上的機(jī)械壓力；這些壁可能非常薄——這是具有深腔的通道的尤其重要的考慮因素。
[0009]概述
[0010]多個(gè)實(shí)施例可包括一種由五軸計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器來(lái)銑削通道形腔的方法，其中該方法可包括:選擇有待機(jī)加工的一個(gè)工件，其中該工件具有一個(gè)通道的一個(gè)底表面、該通道的一個(gè)左壁、該通道的一個(gè)右壁以及一個(gè)切削工具的一個(gè)入口點(diǎn)；確定該切削工具的一組主要側(cè)面銑削位置；并且確定該切削工具的一條次擺線路徑。該方法的一些示例性實(shí)施例可進(jìn)一步包括:確定該切削工具的多次輔助移動(dòng)。該方法的一些示例性實(shí)施例可進(jìn)一步包括:將一次或多次切削工具移動(dòng)輸出為一個(gè)或多個(gè)機(jī)器指令，其中該一次或多次切削工具移動(dòng)可以基于以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):所選擇的工件、所確定的一組主要側(cè)面銑削位置、所確定的次擺線路徑、以及所確定的輔助移動(dòng)。該方法的一些示例性實(shí)施例可進(jìn)一步包括:針對(duì)一個(gè)遞增地降低的深度水平中的每個(gè)深度水平，重復(fù)進(jìn)行以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):確定該切削工具的一組主要側(cè)面銑削位置；確定該切削工具的一條次擺線路徑；并且確定該切削工具的多次輔助移動(dòng)。在該方法的一些示例性實(shí)施例中，確定該切削工具的該組主要側(cè)面銑削位置可進(jìn)一步包括:分析該工件通道的該底表面；基于該工件通道的所分析的底表面來(lái)確定多個(gè)可能的幾何對(duì)稱性；將包含所確定的可能的幾何對(duì)稱性的多條曲線擴(kuò)展到該工件通道的該左壁上并擴(kuò)展到該工件通道的該右壁上；分析該工件通道的該左壁的一個(gè)相對(duì)偏移位置；分析該工件通道的該右壁的一個(gè)相對(duì)偏移位置；并且生成一個(gè)更新的幾何數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含所擴(kuò)展的這些曲線，所擴(kuò)展的這些曲線包含該工件通道的所分析的左壁相對(duì)于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對(duì)稱性并且包含該工件通道的所分析的右壁相對(duì)于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對(duì)稱性。在該方法的一些示例性實(shí)施例中，確定該工具的多次輔助移動(dòng)可進(jìn)一步包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):接近該工件的一部分；使該工具與該工件的一部分脫離；將該工具路徑的多個(gè)子區(qū)域之間的多次移動(dòng)連接作為多條快速鏈路；添加一個(gè)拋光精整穿通，其中該拋光精整穿通可以基于該切削工具的所確定的次擺線路徑；并且確定一條最終工具路徑。在該方法的一些示例性實(shí)施例中，確定該切削工具的該次擺線路徑可進(jìn)一步包括:確定一個(gè)幾何切削工具位置；確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的一個(gè)相對(duì)交互作用；確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的所確定的相對(duì)交互作用是否滿足一組限定的技術(shù)約束，其中該組限定的技術(shù)約束包括至少一個(gè)技術(shù)約束；如果未滿足該組限定的技術(shù)約束，那么確定一個(gè)新的幾何切削工具位置，其中所確定的新的幾何切削工具位置可以基于有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的所確定的相對(duì)交互作用、以及該至少一個(gè)技術(shù)約束的所確定的滿足情況；并且輸出所確定的新的幾何切削工具位置以用于確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的該相對(duì)交互作用；并且如果滿足該組限定的技術(shù)約束，那么接受該幾何切削工具位置。在該方法的一些示例性實(shí)施例中，確定該幾何切削工具位置可進(jìn)一步包括:針對(duì)該工件通道的所選擇的右壁確定一組幾何切削工具位置；檢驗(yàn)該工件通道的所選擇的右壁的所確定的該組幾何切削工具位置以便了解相對(duì)于該工件通道的該底表面的多個(gè)非碰撞的切削工具位置；在該工件通道的該底表面上重新產(chǎn)生任何對(duì)稱性；如果發(fā)生以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)那么就對(duì)該工件通道的所選擇的右壁修改所確定的該組幾何切削工具位置:與該工件通道的該底表面發(fā)生一次碰撞，以及可能違反該組限定的技術(shù)約束中的至少一個(gè)技術(shù)約束；針對(duì)該工件通道的所選擇的左壁確定一組幾何切削工具位置；檢驗(yàn)該工件通道的所選擇的左壁的所確定的該組幾何切削工具位置以便了解相對(duì)于該工件通道的該底表面的多個(gè)非碰撞的切削工具位置；在該工件通道的該底表面上重新產(chǎn)生任何對(duì)稱性；并且如果發(fā)生以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)那么就對(duì)該工件通道的所選擇的左壁修改所確定的該組幾何切削工具位置:與該工件通道的該底表面發(fā)生一次碰撞，以及可能違反該組限定的技術(shù)約束中的至少一個(gè)技術(shù)約束。在該方法的一些示例性實(shí)施例中，確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的該相對(duì)交互作用可進(jìn)一步包括:檢驗(yàn)該次擺線路徑以確定該切削工具不與以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)碰撞:該通道的該底表面、該通道的該左壁、以及該通道的該右壁；檢驗(yàn)該次擺線路徑以確定該切削工具不生成比一個(gè)切削工具接合極限更大的切削工具接合；并且檢驗(yàn)該次擺線路徑確定解該切削工具具有允許該切削工具以高于一個(gè)設(shè)定優(yōu)選速度的速度來(lái)移動(dòng)的一個(gè)局部曲率。
[0011]多個(gè)實(shí)施例還可以包括一種用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，該裝置包括:一個(gè)具有可尋址存儲(chǔ)器的處理模塊，該處理模塊被配置成:在可能未滿足至少一個(gè)機(jī)加工限制參數(shù)時(shí)，針對(duì)一個(gè)通道形腔反復(fù)進(jìn)行以下步驟:確定沿該通道形腔的切削工具流；確定從該通道形腔的一個(gè)頂表面朝向該通道形腔的一個(gè)底表面的切削工具深入穿透程度；并且基于沿該通道形腔的所確定的切削工具流和所確定的切削工具深入穿透程度來(lái)確定該切削工具的一條次擺線路徑。在該裝置的一些示例性實(shí)施例中，該處理模塊可進(jìn)一步被配置成:選擇有待機(jī)加工的該通道形腔，其中該通道形腔具有一個(gè)底表面、一個(gè)左壁、一個(gè)右壁、以及該切削工具的一個(gè)入口點(diǎn)。在該裝置的一些示例性實(shí)施例中，該處理模塊可進(jìn)一步被配置成:相對(duì)于該右壁確定一組主要側(cè)面銑削工具位置；并且相對(duì)于該左壁確定一組主要側(cè)面銑削工具位置；其中沿該通道形腔的所確定的切削工具流可基于相對(duì)于該右壁的所確定的該組主要側(cè)面銑削工具位置以及相對(duì)于該左壁的所確定的該組主要側(cè)面銑削工具位置。在該裝置的一些示例性實(shí)施例中，該處理模塊可進(jìn)一步被配置成:確定多次輔助移動(dòng)，其中多次輔助移動(dòng)可為以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):接近該通道形腔；與該通道形腔脫離；將該切削工具在多個(gè)子區(qū)域之間的多次移動(dòng)連接起來(lái)；添加一個(gè)拋光精整穿通，其中該拋光精整穿通可基于該切削工具的所確定的次擺線路徑；并且確定一條最終工具路徑。在該裝置的一些示例性實(shí)施例中，該至少一個(gè)機(jī)加工限制參數(shù)可為以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):該通道的幾何形狀禁止一個(gè)附加穿通；以及機(jī)加工公差可小于一個(gè)附加穿通所要求的。在該裝置的一些示例性實(shí)施例中，確定該切削工具的該次擺線路徑的步驟可進(jìn)一步基于以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):一個(gè)軸向切削工具接合、一個(gè)徑向切削工具接合、至少一個(gè)切削工具速度參數(shù)、以及該通道形腔的該底表面與該次擺線路徑的一個(gè)交互作用。
[0012]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0013]各實(shí)施例可通過(guò)舉例示出，但不限于附圖中的圖示，并且在附圖中:
[0014]圖1以功能框圖描繪一種示例性機(jī)計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)；
[0015]圖2以頂級(jí)流程圖描繪一種示例性的五軸機(jī)加工方法；
[0016]圖3以頂級(jí)流程圖描繪一種示例性的選擇工件方法；
[0017]圖4以頂級(jí)流程圖描繪一個(gè)示例性的對(duì)稱性擴(kuò)展和同步步驟；
[0018]圖5以頂級(jí)流程圖描繪一個(gè)示例性側(cè)面穿通步驟；
[0019]圖6以功能框圖描繪一個(gè)示例性次擺線生成步驟；
[0020]圖7以功能框圖描繪一種示例性的迭代反饋驅(qū)動(dòng)定位過(guò)程；
[0021]圖8描繪包括一條示例性次擺線工具路徑的一個(gè)示例性通道形腔；
[0022]圖9描繪一個(gè)示例性通道形腔的一部分中的一條示例性工具路徑軌跡；
[0023]圖10以頂級(jí)流程圖示出一個(gè)示例性輔助移動(dòng)步驟；并且
[0024]圖1lA至圖1lD描繪一個(gè)示例性拋光精整穿通操作。
[0025]詳細(xì)說(shuō)明
[0026]本實(shí)施例可以利用以下項(xiàng)的結(jié)構(gòu)化組合:5軸側(cè)面機(jī)加工、幾何數(shù)據(jù)和技術(shù)約束的自適應(yīng)分析所允許的高速機(jī)加工、以及通道專用的粗加工循環(huán)。X5軸數(shù)控(5軸NC)機(jī)器可由三條平移軸線和兩條旋轉(zhuǎn)軸線來(lái)表征:可用字母A、B或C來(lái)指示的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置是根據(jù)特定機(jī)床的機(jī)械配置來(lái)分別限定圍繞軸線X、Y或Z的位置。兩條旋轉(zhuǎn)軸線向切削工具能夠執(zhí)行的空間移動(dòng)的范圍添加二自由度；具體地講，在與其中缺失兩條旋轉(zhuǎn)軸線并僅可能進(jìn)行切削工具的平移移動(dòng)的3軸NC機(jī)器相比時(shí)，它們表示一種技術(shù)增強(qiáng)。切削工具位置的這種增加的靈活性可以造成:a)更短的機(jī)加工時(shí)間；以及b)原料以一種方式被移除，以便更一致地重新產(chǎn)生期望的目標(biāo)形狀。
[0027]這些改進(jìn)所花費(fèi)的成本在于，該切削工具的計(jì)算出的軌跡必須要比3軸情況滿足更多約束，即，就切削工具設(shè)備與原料之間可能的不希望的碰撞而言存在多得多的情況要來(lái)控制。另外，切削負(fù)載(即所謂的“工具接合”)的量(該量表示原料由該切削工具立即移除的量)可比3軸情況更容易地增加超過(guò)切削工具設(shè)備可承受的機(jī)械極限。此外，該工具的切削部分典型地包括其尖端以及柄部的一部分。尖端可以是平的、球形的、或圓環(huán)形的，其中圓環(huán)形是介于平形切削尖端與球形切削尖端之間的一種中間形狀。柄部的一部分可以是圓柱形或圓錐形側(cè)表面的一部分。因此，該工具可以或者用其尖端或者用其柄部切削原料。側(cè)面銑削可以是生產(chǎn)效率更高的，因?yàn)樗试S了更大的原料移除速率，并且它更有效地利用了切削工具的切削子區(qū)域。工具接合可被分成對(duì)應(yīng)于尖端點(diǎn)銑削的一個(gè)徑向部件和對(duì)應(yīng)于側(cè)面銑削的一個(gè)軸向部件。
[0028]多個(gè)示例性實(shí)施例可以包括一個(gè)適合通道形的切削工具軌跡計(jì)算，這被稱為5軸次擺線通道粗加工(5軸TCR)。一條次擺線是由沿一條線來(lái)滾動(dòng)的圓上固定的點(diǎn)跟蹤的路徑。這個(gè)定義被一般化為沿一條一般的三維曲線來(lái)滾動(dòng)的圓，該一般的三維曲線被連續(xù)地適配成被機(jī)加工的通道的形狀，具體地講:適配成其左壁、右壁、以及底表面。
[0029]次擺線運(yùn)動(dòng)具有若干優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，切削工具始終用其側(cè)面移除材料，這允許了更高的機(jī)加工速度。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，僅僅切削工具的一個(gè)小區(qū)域在任何時(shí)候被接合。次擺線運(yùn)動(dòng)在施加至5軸NC時(shí)呈現(xiàn)出許多復(fù)雜情況。
[0030]為了計(jì)算切削工具的一個(gè)高效5軸不斷或連續(xù)的次擺線粗加工移動(dòng)，5軸TCR可以執(zhí)行五個(gè)步驟。這第一步驟被稱為對(duì)稱性擴(kuò)展和自動(dòng)同步，并且其涉及了對(duì)有待機(jī)加工的通道的特定特征的全面幾何分析。具體地講，a)可將關(guān)于底表面的對(duì)稱性的可能要素的信息擴(kuò)展至多個(gè)通道壁；并且b)可評(píng)估通道的左壁和右壁的相對(duì)位置，并可建立通道右側(cè)的子部分與通道左側(cè)上的對(duì)應(yīng)部分的所得對(duì)應(yīng)。
[0031]第二步驟是側(cè)面穿通產(chǎn)生。在這個(gè)步驟中，a)計(jì)算相對(duì)于右壁的一組主要側(cè)面銑削工具位置；并且b)計(jì)算相對(duì)于左壁的一組主要側(cè)面銑削工具位置。
[0032]第三步驟是次擺線生成步驟。在這個(gè)步驟中，第一步驟和第二步驟的對(duì)應(yīng)要素可以經(jīng)由擬圓形圖案連結(jié)；圖案典型地產(chǎn)生了特征性次擺線路徑。在此步驟期間，工具接合是逐點(diǎn)估計(jì)的，并且這些次擺線穿通可自適應(yīng)地改變，例如，在超過(guò)極限接合閾值的情況下。
[0033]第四步驟是增量步驟。在這個(gè)步驟中，反復(fù)重復(fù)進(jìn)行先前三個(gè)步驟工序(即，同步-側(cè)面穿通-次擺線)，即以更低幅度水平、或切削負(fù)載進(jìn)行迭代，并且在通道內(nèi)完成它們。這個(gè)過(guò)程允許通過(guò)保持低速率的切削負(fù)載來(lái)將原料逐漸移除。可以存在許多這些重復(fù)操作并且重復(fù)次數(shù)是取決于該通道的幾何形狀、所使用的切削工具的機(jī)械特征、以及要求5軸TCR機(jī)加工提供的精確程度(即，所謂的機(jī)加工公差)。這些參數(shù)還可影響兩個(gè)相鄰水平的相對(duì)深度距離。
[0034]第五步驟是輔助移動(dòng)步驟。這個(gè)步驟包括向工具軌跡中添加多次輔助移動(dòng)；其中工具所期望的這些輔助移動(dòng)是根據(jù)以上說(shuō)明進(jìn)行計(jì)算的，例如，相對(duì)于切削負(fù)載和目標(biāo)尺寸。第五步驟可以包括執(zhí)行可任選的精整穿通。
[0035]該對(duì)稱性擴(kuò)展和自動(dòng)同步步驟考慮到沿通道的工具流，而該側(cè)面穿通產(chǎn)生步驟則考慮到橫向方向:即，其產(chǎn)生從通道頂部朝向其底表面的工具深入穿透。該次擺線生成步驟可以處理各種技術(shù)方面，包括工具接合(即軸向和徑向接合)、工具高速運(yùn)動(dòng)、以及該通道的底表面與切削工具軌跡的交互作用。增量步驟反復(fù)進(jìn)行先前的步驟以完成粗加工操作，這取決于該通道的深度，因?yàn)樵摯旨庸げ僮鳠o(wú)法通過(guò)單個(gè)同步-側(cè)面穿通-次擺線工序從該通道移除所有原料。輔助移動(dòng)步驟可產(chǎn)生必要的鏈路并通過(guò)利用用于產(chǎn)生次擺線穿通的相同幾何信息(并且尤其是在側(cè)面穿通產(chǎn)生步驟中)來(lái)提供拋光最終結(jié)果的可能性。
[0036]實(shí)施例包括一種示例性CAM系統(tǒng)100，如圖1中的功能框圖所示。該系統(tǒng)包括機(jī)加工設(shè)備130以及包含規(guī)劃模塊110和數(shù)字代碼生成器120的裝置102。規(guī)劃模塊110具有處理模塊，并且數(shù)字代碼生成器120可為單獨(dú)的處理模塊或可體現(xiàn)為由規(guī)劃模塊的處理模塊執(zhí)行的計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令。數(shù)控機(jī)器由它們的處理單元所接收的命令來(lái)自動(dòng)地操作。機(jī)加工設(shè)備130可以提供機(jī)床、或切削工具，并且可以根據(jù)數(shù)字代碼生成器120所提供的指令對(duì)該切削工具相對(duì)于工件進(jìn)行定向。該切削工具的位置可以三個(gè)絕對(duì)位置(即XYZ)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置(即，A——圍繞X的旋轉(zhuǎn)位置，以及B——圍繞Y的旋轉(zhuǎn)位置)表示。數(shù)字代碼生成器可響應(yīng)于規(guī)劃模塊110的輸出。規(guī)劃模塊可以訪問(wèn)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)140，該一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)140包括下列項(xiàng)的基于計(jì)算機(jī)的模型:(a)限定有待機(jī)加工的通道工件141的多個(gè)特征(典型地是左壁和右壁以及一個(gè)底表面)；(b)與被機(jī)加工的通道表面的分析有關(guān)的幾何選項(xiàng)142以及信息可影響由切削工具的端點(diǎn)來(lái)描述的曲線(該種曲線被認(rèn)為是工具路徑)將具有的形狀的方式；(c)表示以下內(nèi)容的技術(shù)選項(xiàng)143:i)機(jī)加工設(shè)備130的切削工具與工件之間的相對(duì)位置；以及ii)粗加工策略的總體演變；以及(d)輔助移動(dòng)144，其可包括:(1)用于接近該工件的指令；(2)用于與工件分離的指令；以及(3)用于聯(lián)接多個(gè)機(jī)加工子區(qū)域的移動(dòng)的指令。
[0037]通過(guò)用戶界面150，系統(tǒng)100的用戶可從數(shù)據(jù)庫(kù)140選擇文件或?qū)ο笠杂梢?guī)劃模塊110應(yīng)用來(lái)生成可例如為G-代碼的數(shù)字代碼121。隨后，機(jī)加工設(shè)備130可以接收G-代碼并且執(zhí)行編碼的指令來(lái)驅(qū)動(dòng)該機(jī)床。例如，該裝置可以具有被適配成從第一菜單151接收一個(gè)用戶選擇的一個(gè)用戶界面150，其中第一菜單151可以通過(guò)觸摸屏或顯示器和指示裝置顯示，并且其中第一菜單151包括一個(gè)通道形狀的多個(gè)基本要素的限定，這些基本要素是例如左壁、右壁、以及底表面，并且該裝置可以具有被配置成從第二菜單152接收輸入的用戶界面150，其中第二菜單152可以與第一菜單151 —樣通過(guò)觸摸屏、顯示器和指示裝置呈現(xiàn)，或者通過(guò)單獨(dú)的觸摸屏或單獨(dú)的顯示器和指示裝置呈現(xiàn)。第二菜單152可以包括指定多個(gè)工具參考點(diǎn)相對(duì)于通道形工件的相對(duì)位置和軸向取向的多個(gè)技術(shù)選項(xiàng)。
[0038]實(shí)施例可以包括一種示例性的5軸機(jī)加工方法200，如以圖2的頂級(jí)流程圖所示。包括一個(gè)規(guī)劃或編程過(guò)程的一個(gè)5軸TCR機(jī)加工循環(huán)可以包括七個(gè)步驟，隨后，在這些步驟之后可進(jìn)行CNC代碼的生成。5軸TCR機(jī)加工的示例性七個(gè)規(guī)劃步驟包括以下(a)至(g)工序，如在以下詳述。在示例性七個(gè)規(guī)劃步驟中，利用簡(jiǎn)單和有限的輸入信息的限定，僅僅步驟(a)可以要求機(jī)器CAM操作員的直接干涉。所有后續(xù)步驟、步驟(b)至(g)可由系統(tǒng)自動(dòng)處理。該過(guò)程可由以下步驟組成:(a)限定或選擇有待機(jī)加工的通道形工件的區(qū)域(步驟210) ；(b)擴(kuò)展底表面的對(duì)稱性并使所選擇的通道形工件的左壁和所選擇的通道形工件的右壁同步，即，對(duì)稱性擴(kuò)展和自動(dòng)同步步驟(步驟220) ；(c)相對(duì)于右壁和左壁產(chǎn)生側(cè)面銑削工具位置，即，側(cè)面穿通產(chǎn)生步驟(步驟230) ；(d)通過(guò)擬圓形圖案連結(jié)多個(gè)側(cè)面穿通，即，次擺線生成步驟(步驟240) ；(e)在通道內(nèi)以更低的水平反復(fù)重復(fù)進(jìn)行先前的步驟(迭代)，即，增量步驟(步驟250) ；(f)限定多次輔助移動(dòng)，即，輔助移動(dòng)步驟(步驟260)，其可包括:(1)接近工件，⑵與該工件分離，⑶多次移動(dòng)聯(lián)接多個(gè)機(jī)加工子區(qū)域，以及⑷拋光多條穿通；并且(g)生成CNC代碼(步驟270)。
[0039]利用本發(fā)明的5軸TCR機(jī)加工方法，可由一個(gè)5軸CNC機(jī)器來(lái)有效地切削大量通道形工件。初步的幾何限定步驟和分析步驟、即步驟210和步驟220允許通道形狀被分解成表示通道左壁和通道右壁的一個(gè)流通部件、以及一個(gè)深度部件，整個(gè)深度部件受到壁形狀的影響并且表示通道的底表面。幾何分析階段以及上述分解允許通道形狀表面被處理成更簡(jiǎn)單的實(shí)體以產(chǎn)生工具的對(duì)應(yīng)軌跡。根據(jù)工具接合和曲率分析的次擺線穿通的自適應(yīng)修改是表征5軸TCR的極大靈活性的另一要素，其中該機(jī)加工方法可能能夠應(yīng)付各種各樣的通道形工件。
[0040]一種示例性的選擇工件方法300以圖3的頂級(jí)流程圖示出。部分幾何選擇可以僅為要求CAM操作員的明確干涉的過(guò)程中的任務(wù)，因?yàn)樗衅渌襟E和階段都可由系統(tǒng)自動(dòng)處理。這些示例性步驟包括:(a)選擇有待機(jī)加工的通道形工件的區(qū)域(步驟310) ；(b)通過(guò)一組限定的表面來(lái)選擇通道的右壁和通道的左壁(步驟320) ；(c)通過(guò)一組限定的表面來(lái)選擇通道的底表面(步驟330);以及(d)限定通道的一個(gè)入口點(diǎn)，該入口點(diǎn)可以用于指定通道內(nèi)的次擺線穿通的流通方向(步驟340)。
[0041]一種示例性的對(duì)稱性擴(kuò)展和同步方法400以圖4的頂級(jí)流程圖示出。這個(gè)步驟可以完全地自動(dòng)化，并且可不要求CAM操作員的任何直接動(dòng)作。這些示例性步驟包括:(a)底表面的分析以及可能的幾何對(duì)稱性的檢測(cè)(步驟410) ；(b)關(guān)于底表面的此類信息向左壁和右壁的擴(kuò)展(步驟420) ；(c)左壁和右壁的相對(duì)偏移位置的檢測(cè)以及描述通道流通方向并與通道壁等距離的一條三維曲線(即所謂的螺旋曲線)的限定，該曲線攜有關(guān)于壁之間的相對(duì)偏移的所有信息(步驟430);以及(d)基于步驟420和步驟430中收集的信息的一個(gè)更新的幾何數(shù)據(jù)庫(kù)的生成，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含左壁表面和右壁表面的對(duì)稱并同步的型式(步驟440)。步驟410中的可能的對(duì)稱性可以包括例如圓柱形表面、球形表面、一般回轉(zhuǎn)表面等坐寸ο
[0042]一種示例性的側(cè)面穿通產(chǎn)生方法500以圖5的頂級(jí)流程圖示出。這可以是完全自動(dòng)化的步驟，它不涉及CAM操作員的直接動(dòng)作。這些示例性步驟包括:(a)側(cè)面銑削右壁的一組工具位置的產(chǎn)生(步驟510) ；(b)相對(duì)于底表面的先前所產(chǎn)生的這些位置的檢驗(yàn)，以及在底表面上任何可能的現(xiàn)存對(duì)稱性的連貫重新產(chǎn)生(步驟520) ；(c)在與底表面碰撞或違反其它技術(shù)約束的情況下，根據(jù)最小距離標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)先前所產(chǎn)生的這些位置的自適應(yīng)修改(步驟530);以及(d)相同過(guò)程(B卩，步驟510、步驟520、以及步驟530)向通道左壁的應(yīng)用(步驟540)。步驟510中的該組工具位置可以根據(jù)先前計(jì)算出的壁表面的幾何特性(參見圖4)產(chǎn)生。
[0043]圖6描繪次擺線生成步驟600的內(nèi)容的一個(gè)示例性功能框圖。這可以是完全自動(dòng)化的步驟，它不涉及CAM操作員的直接動(dòng)作。這些示例性步驟包括:(a)在側(cè)面穿通產(chǎn)生步驟(參見圖5)中，所產(chǎn)生并連接的左壁和右壁位置形成擬圓形圖案的起點(diǎn)和終點(diǎn)(步驟610) ；(b)檢驗(yàn)擬圓形圖案以產(chǎn)生與通道的左壁和右壁不碰撞的位置(步驟620) ；(c)檢驗(yàn)擬圓形圖案以產(chǎn)生不生成比切削工具可承受的接合更大的工具接合的位置(步驟630) ；(d)可以檢驗(yàn)擬圓形圖案以具有允許切削工具在切削時(shí)高速移動(dòng)(例如，高速機(jī)加工(HSM))的局部曲率(步驟640);以及(e)檢驗(yàn)擬圓形圖案以產(chǎn)生與通道的底表面不碰撞的位置(步驟650)。用戶、或程序可以設(shè)定用于檢驗(yàn)局部曲率是否允許切削工具以高于或等于設(shè)定的優(yōu)選速度的速度移動(dòng)的優(yōu)選速度。步驟610中的圖案形狀可以根據(jù)第二菜單152中的多個(gè)技術(shù)約束(參見圖1)和/或步驟420和步驟440中確定的多個(gè)對(duì)稱性特征(參見圖4)構(gòu)建。在步驟620中的碰撞情況下，這些圖案可不斷或連續(xù)地且自適應(yīng)地被修改，SP，一種迭代反饋驅(qū)動(dòng)定位算法:參見圖7，以便產(chǎn)生較可能的、或最可能的無(wú)碰撞的工具位置配置。在步驟630中的過(guò)度接合的情況下，這些圖案可連續(xù)地且自適應(yīng)地被修改，以便產(chǎn)生最可能的接合受控的工具位置配置。在步驟640中的超過(guò)曲率的情況下，這些圖案可不斷或連續(xù)地且自適應(yīng)地被修改，以便產(chǎn)生最可能的曲率受控的工具位置配置。在步驟650中的與底表面碰撞的情況下，每個(gè)位置可沿其軸線偏移以產(chǎn)生最可能的無(wú)碰撞位置。
[0044]圖7以功能框圖描繪一種示例性迭代反饋驅(qū)動(dòng)定位過(guò)程700。這些示例性步驟包括:(a)在幾何上計(jì)算一個(gè)切削工具位置(CTP)(步驟760) ； (b)外部例行程序計(jì)算目標(biāo)工件(WP)與切削工具位置(或如果是來(lái)自步驟790，則為改進(jìn)的切削工具位置(ICTP))的相對(duì)交互作用(步驟770) ； (c)確定WP對(duì)CTP或ICTP的相對(duì)位置是否滿足技術(shù)約束(步驟780) ； (d)如果在步驟780中并未滿足技術(shù)約束，那么可以通過(guò)根據(jù)步驟770和步驟780中獲取的信息對(duì)目標(biāo)WP和CTP (或ICTP)的相對(duì)交互作用進(jìn)行測(cè)試來(lái)產(chǎn)生一個(gè)改進(jìn)的位置ICTP (步驟785) ； (e)改進(jìn)的ICTP作為新的輸入而傳送回到步驟770，并且從步驟785到步驟790再到步驟770并返回到步驟780的循環(huán)繼續(xù)，直至在步驟780中滿足技術(shù)約束(步驟790);并且(f)如果滿足了技術(shù)約束，那么接受切削工具位置(步驟795)。
[0045]圖8描繪包括一條示例性次擺線工具路徑的一個(gè)示例性通道形腔800。該示例性通道包括一個(gè)左(內(nèi))壁811、一個(gè)右(內(nèi))壁812、以及一個(gè)底表面813,這些可由CAM操作員輸入。次擺線路徑815的一個(gè)入口點(diǎn)818也可由CAM操作員輸入。
[0046]圖9描繪一個(gè)示例性通道形腔的一部分中的一條示例性工具路徑軌跡900。該示例性通道形腔包括一個(gè)左(內(nèi))壁911、一個(gè)右(內(nèi))壁912、以及一個(gè)入口點(diǎn)918。在次擺線生成步驟期間所生成的起點(diǎn)和終點(diǎn)形成擬圓形的次擺線圖案915的左側(cè)工具路徑軸線界限916、右側(cè)工具路徑軸線界限917、以及底部工具路徑軸線界限914。一個(gè)示例性側(cè)面銑削工具921、922、923被描繪為處于沿其次擺線路徑915的三個(gè)位置。在第一銑削工具位置921中，銑削工具是根據(jù)軸線931上的一個(gè)計(jì)算出的工具路徑進(jìn)行定位。銑削工具隨后移動(dòng)到軸線932上的一個(gè)第二銑削工具位置922中。銑削工具隨后移動(dòng)到軸線933上的一個(gè)第三銑削工具位置923中。銑削工具位置沿著基于先前所確定的側(cè)面銑削工具位置組而構(gòu)造的一條次擺線路徑移動(dòng)。
[0047]步驟250中描述的增量步驟(參見圖2)是圖4、圖5以及圖6中的至少一個(gè)中描述的步驟以在通道內(nèi)的較低深度水平來(lái)進(jìn)行的重復(fù)。重復(fù)次數(shù)取決于該通道的幾何形狀、所使用的切削工具的機(jī)械特征、以及要求5軸TCR機(jī)加工提供的精確程度(即，所謂的機(jī)加工公差)。這些參數(shù)還可影響兩個(gè)相鄰水平的相對(duì)深度距離。
[0048]圖10以頂級(jí)流程圖1000來(lái)示出對(duì)輔助移動(dòng)步驟中計(jì)算的工具位置軌跡的添加。選擇接近和脫離以作為圍繞半徑的或輻射狀的運(yùn)動(dòng)(步驟1010)。工具路徑的大的部分(即子區(qū)域)之間的連接可選擇為快速鏈路(步驟1020)。一個(gè)拋光精整穿通操作可添加到每個(gè)增量水平中(步驟1030)。隨著規(guī)劃完成，可以確定工具路徑(步驟1040)。可就碰撞檢測(cè)檢查輔助移動(dòng)步驟。
[0049]圖1lA至圖1lD以通道的俯視圖來(lái)描繪一個(gè)示例性拋光精整穿通操作。該示例性拋光精整穿通操作可在切削工具1110執(zhí)行次擺線工具路徑的次擺線穿通1120后立刻執(zhí)行(圖11A)。精整穿通可以移除切削工具在左壁1101和右壁1102上的次擺線穿通所留下的原料1131、1132、1133、1134、1135，例如“皺褶”。用于產(chǎn)生次擺線工具路徑的工具定位可生成用于該精整穿通的工具路徑(圖11C)。切削工具1110可從右壁1102、左壁1101和/或底表面移除原料1133、1134、1135，例如“去皮(peeling) ” (圖11D)。這種精整穿通可以最少的機(jī)加工勞動(dòng)產(chǎn)生期望的最終形狀。
[0050]考慮的是，可對(duì)上述實(shí)施例的特定特征和方面作出各種組合和/或子組合，但仍落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所披露的實(shí)施例的不同特征和方面可相互組合或替換以形成所披露的本發(fā)明的不同模式。另外，旨在在此通過(guò)舉例來(lái)披露的本發(fā)明的范圍不應(yīng)由所述特別披露的實(shí)施例限制。
【權(quán)利要求】
1.一種由五軸計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器來(lái)銑削通道形腔的方法，該方法包括: 選擇有待機(jī)加工的一個(gè)工件，其中該工件具有一個(gè)通道的一個(gè)底表面、該通道的一個(gè)左壁、該通道的一個(gè)右壁以及一個(gè)切削工具的一個(gè)入口點(diǎn)； 確定該切削工具的一組主要側(cè)面銑削位置；并且 確定該切削工具的一條次擺線路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的銑削通道形腔的方法，進(jìn)一步包括: 確定該切削工具的多次輔助移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的銑削通道形腔的方法，進(jìn)一步包括: 將一次或多次切削工具移動(dòng)輸出為一個(gè)或多個(gè)機(jī)器指令，其中該一次或多次切削工具移動(dòng)是基于以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):所選擇的工件、所確定的一組主要側(cè)面銑削位置、所確定的次擺線路徑、以及所確定的輔助移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的銑削通道形腔的方法，進(jìn)一步包括: 針對(duì)一個(gè)遞增地降低的深度水平中的每個(gè)深度水平來(lái)重復(fù)進(jìn)行以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng): 確定該切削工具的一組主要側(cè)面銑削位置； 確定該切削工具的一條次擺線路徑；并且 確定該切削工具的多次輔助移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的銑削通道形腔的方法，其中確定該切削工具的該組主要側(cè)面銑削位置進(jìn)一步包括: 分析該工件通道的該底表面； 基于該工件通道的所分析的底表面來(lái)確定多個(gè)可能的幾何對(duì)稱性； 將包含所確定的可能的幾何對(duì)稱性的多條曲線擴(kuò)展到該工件通道的該左壁上并擴(kuò)展到該工件通道的該右壁上； 基于對(duì)該工件通道的該左壁的一個(gè)分析和對(duì)該工件通道的該右壁的一個(gè)分析來(lái)確定該工件通道的該左壁的一個(gè)相對(duì)偏移位置以及該工件通道的該右壁的一個(gè)相對(duì)偏移位置；并且 生成一個(gè)更新的幾何數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含所擴(kuò)展的這些曲線，所擴(kuò)展的這些曲線包含該工件通道的所分析的左壁相對(duì)于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對(duì)稱性并且包含該工件通道的所分析的右壁相對(duì)于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對(duì)稱性。
6.如權(quán)利要求2所述的銑削通道形腔的方法，其中確定該工具的多次輔助移動(dòng)進(jìn)一步包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):接近該工件的一部分；使該工具與該工件的一部分脫離；將該工具路徑的多個(gè)子區(qū)域之間的多次移動(dòng)進(jìn)行連接作為多條快速鏈路；添加一個(gè)拋光精整穿通，其中該拋光精整穿通是基于該切削工具的所確定的次擺線路徑；并且確定一條最終工具路徑。
7.如權(quán)利要求1所述的銑削通道形腔的方法，其中確定該切削工具的該次擺線路徑進(jìn)一步包括: 確定一個(gè)幾何切削工具位置； 確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的相對(duì)交互作用； 確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的所確定的相對(duì)交互作用是否滿足一組限定的技術(shù)約束，其中該組限定的技術(shù)約束包括至少一個(gè)技術(shù)約束； 如果未滿足該組限定的技術(shù)約束，那么 確定一個(gè)新的幾何切削工具位置，其中所確定的新的幾何切削工具位置是基于有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的所確定的相對(duì)交互作用、以及該至少一個(gè)技術(shù)約束的所確定的滿足情況；并且 輸出所確定的新的幾何切削工具位置以用于確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的相對(duì)交互作用；并且如果滿足了該組限定的技術(shù)約束，那么接受該幾何切削工具位置。
8.如權(quán)利要求7所述的銑削通道形腔的方法，其中確定該幾何切削工具位置進(jìn)一步包括: 針對(duì)該工件通道的所選擇的右壁確定一組幾何切削工具位置； 檢驗(yàn)該工件通道的所選擇的右壁的所確定的該組幾何切削工具位置以了解相對(duì)于該工件通道的該底表面的多個(gè)非碰撞的切削工具位置； 在該工件通道的該底表面上重新產(chǎn)生任何對(duì)稱性； 如果發(fā)生以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)那么就為該工件通道的所選擇的右壁修改所確定的該組幾何切削工具位置:與該工件通道的該底表面發(fā)生一次碰撞，以及違反該組限定的技術(shù)約束中的至少一個(gè)技術(shù)約束； 針對(duì)該工件通道的所選擇的左壁確定一組幾何切削工具位置； 檢驗(yàn)該工件通道的所選擇的左壁的所確定的該組幾何切削工具位置以了解相對(duì)于該工件通道的該底表面的多個(gè)非碰撞的切削工具位置； 在該工件通道的該底表面上重新產(chǎn)生任何對(duì)稱性；并且 如果發(fā)生以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)那么就為該工件通道的所選擇的左壁修改所確定的該組幾何切削工具位置:與該工件通道的該底表面發(fā)生一次碰撞；以及違反該組限定的技術(shù)約束中的至少一個(gè)技術(shù)約束。
9.如權(quán)利要求8所述的銑削通道形腔的方法，其中確定有待機(jī)加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的相對(duì)交互作用進(jìn)一步包括: 檢驗(yàn)該次擺線路徑以確定該切削工具不與以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)碰撞:該通道的該底表面、該通道的該左壁、以及該通道的該右壁； 檢驗(yàn)該次擺線路徑以確定該切削工具不產(chǎn)生比一個(gè)切削工具接合極限更大的切削工具接合；并且 檢驗(yàn)該次擺線路徑以確定該切削工具具有允許該切削工具以高于一個(gè)設(shè)定優(yōu)選速度的速度來(lái)移動(dòng)的一個(gè)局部曲率。
10.一種用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，該裝置包括: 一個(gè)具有可尋址存儲(chǔ)器的處理模塊，該處理模塊被配置成: 在未滿足至少一個(gè)機(jī)加工限制參數(shù)時(shí)，針對(duì)一個(gè)通道形腔重復(fù)以下步驟: 確定沿該通道形腔的切削工具流； 確定從該通道形腔的一個(gè)頂表面朝向該通道形腔的一個(gè)底表面的切削工具深入穿透程度；并且 基于沿該通道形腔的所確定的切削工具流和所確定的切削工具深入穿透程度來(lái)確定該切削工具的一條次擺線路徑。
11.如權(quán)利要求10所述的用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，其中該處理模塊進(jìn)一步被配置成: 選擇有待機(jī)加工的該通道形腔，其中該通道形腔具有一個(gè)底表面、一個(gè)左壁、一個(gè)右壁以及該切削工具的一個(gè)入口點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求11所述的用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，其中該處理模塊進(jìn)一步被配置成: 相對(duì)于該右壁確定一組主要側(cè)面銑削工具位置；并且 相對(duì)于該左壁確定一組主要側(cè)面銑削工具位置； 其中沿該通道形腔的所確定的切削工具流是基于相對(duì)于該右壁所確定的該組主要側(cè)面銑削工具位置以及相對(duì)于該左壁所確定的該組主要側(cè)面銑削工具位置。
13.如權(quán)利要求10所述的用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，其中該處理模塊進(jìn)一步被配置成: 確定多次輔助移動(dòng)，其中多次輔助移動(dòng)是以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):接近該通道形腔；與該通道形腔脫離；將該切削工具在多個(gè)子區(qū)域之間的多次移動(dòng)連接起來(lái)；添加一個(gè)拋光精整穿通，其中該拋光精整穿通是基于該切削工具的所確定的次擺線路徑；并且確定一條最終工具路徑。
14.如權(quán)利要求10所述的用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，其中該至少一個(gè)機(jī)加工限制參數(shù)是以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):該通道的幾何形狀禁止一個(gè)附加穿通；以及機(jī)加工公差是小于一個(gè)附加穿通所要求的。
15.如權(quán)利要求10所述的用于生成五軸機(jī)床的指令的裝置，其中確定該切削工具的該次擺線路徑的步驟是進(jìn)一步基于以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):一個(gè)軸向切削工具接合、一個(gè)徑向切削工具接合、至少一個(gè)切削工具速度參數(shù)以及該通道形腔的該底表面與該次擺線路徑的交互作用。
【文檔編號(hào)】B23C5/12GK104395023SQ201380033108
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】朱利亞諾·索娜 申請(qǐng)人:德普技術(shù)公司