用于銑削復(fù)雜通道形腔的自動方法
【專利摘要】在此披露了用于通過以下操作來由五軸計算機數(shù)控(CNC)機器銑削通道形腔的方法和裝置：選擇有待機加工的一個工件(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(144，260)。
【專利說明】用于銑削復(fù)雜通道形腔的自動方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年5月11日提交的非臨時專利申請?zhí)?3/470，207的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請的內(nèi)容通過弓I用結(jié)合在此以用于所有目的。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明在其若干實施例中總體上涉及針對計算機輔助制造(CAM)而規(guī)劃的工具路徑軌跡，并且更具體地講，涉及使用多軸機床進行的復(fù)雜通道形腔的計算機輔助銑削。
[0004]背景
[0005]CAM軟件系統(tǒng)是用于對計算機數(shù)控(CNC)機床進行編程的，CNC機床用于在機械加工車間中生產(chǎn)諸如模具、沖模、工具、原型以及航空部件等離散零件?？梢詸C加工的形狀的種類幾乎是無限的:形狀通常是根據(jù)方便的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)進行分類的，經(jīng)常涉及數(shù)學(xué)的子領(lǐng)域例如拓撲學(xué)的使用。
[0006]“通道”形狀是非技術(shù)人員也熟悉的一種簡單圖元幾何概念。通過指定基線由底表面來連結(jié)的左側(cè)壁和右側(cè)壁可以完成通道的簡單且直觀的描述。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、抽吸和移動裝置以及整體葉盤(壓縮機的通過葉片與盤的結(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)。對此類通道的銑削可為這樣一種精細過程:可能需要考慮到若干機械約束和幾何約束。通過數(shù)控(NC)機器制造一個設(shè)計表面可以包括粗切削和精機加工這兩個階段。
[0007]在粗切削期間，必須盡可能快地將原料移除，同時確保既不過度切削、也不會刨削(即該切削工具移除原料的、實際要求屬于最終目標形狀的那一部分，從而將不可彌補的錯誤或缺陷引入整個銑削過程中)。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一個規(guī)定閾值；一個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良好精整過并準確的表面。在這兩個階段(即粗切削階段和精機加工階段)中，必須保持切削工具的可能出現(xiàn)的振動和運動不穩(wěn)定性(在CAM專門詞匯中也被稱為“抖動”)是受控制的，以便減少在通道壁上的機械壓力；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]多個實施例可包括一種由五軸計算機數(shù)控(CNC)機器來銑削通道形腔的方法，其中該方法可包括:選擇有待機加工的一個工件，其中該工件具有一個通道的一個底表面、該通道的一個左壁、該通道的一個右壁以及一個切削工具的一個入口點；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施例可進一步包括:確定該切削工具的多次輔助移動。該方法的一些示例性實施例可進一步包括:將一次或多次切削工具移動輸出為一個或多個機器指令，其中該一次或多次切削工具移動可以基于以下各項中的至少一項: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。該方法的一些示例性實施例可進一步包括:針對一個遞增地降低的深度水平中的每個深度水平，重復(fù)進行以下各項中的至少一項: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。在該方法的一些示例性實施例中，確定該切削工具的該組主要側(cè)面銑削位置可進一步包括: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確定多個可能的幾何對稱性；將包含所確定的可能的幾何對稱性的多條曲線擴展到該工件通道的該左壁上并擴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相對偏移位置；分析該工件通道的該右壁的一個相對偏移位置；并且生成一個更新的幾何數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含所擴展的這些曲線，所擴展的這些曲線包含該工件通道的所分析的左壁相對于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對稱性并且包含該工件通道的所分析的右壁相對于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對稱性。在該方法的一些示例性實施例中，確定該工具的多次輔助移動可進一步包括以下各項中的至少一項: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子區(qū)域之間的多次移動連接作為多條快速鏈路；添加一個拋光精整穿通，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施例中，確定該切削工具的該次擺線路徑可進一步包括:確定一個幾何切削工具位置；確定有待機加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的一個相對交互作用；確定有待機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交互作用、以及該至少一個技術(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加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的該相對交互作用；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施例中，確定該幾何切削工具位置可進一步包括:針對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于該工件通道的該底表面的多個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)生任何對稱性；如果發(fā)生以下各項中的至少一項那么就對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)約束中的至少一個技術(shù)約束；針對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于該工件通道的該底表面的多個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)生任何對稱性；并且如果發(fā)生以下各項中的至少一項那么就對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)約束中的至少一個技術(shù)約束。在該方法的一些示例性實施例中，確定有待機加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的該相對交互作用可進一步包括:檢驗該次擺線路徑以確定該切削工具不與以下各項中的至少一項碰撞:該通道的該底表面、該通道的該左壁、以及該通道的該右壁；檢驗該次擺線路徑以確定該切削工具不生成比一個切削工具接合極限更大的切削工具接合；并且檢驗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設(shè)定優(yōu)選速度的速度來移動的一個局部曲率。
[0011]多個實施例還可以包括一種用于生成五軸機床的指令的裝置，該裝置包括:一個具有可尋址存儲器的處理模塊，該處理模塊被配置成:在可能未滿足至少一個機加工限制參數(shù)時，針對一個通道形腔反復(fù)進行以下步驟: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頂表面朝向該通道形腔的一個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施例中，該處理模塊可進一步被配置成:選擇有待機加工的該通道形腔，其中該通道形腔具有一個底表面、一個左壁、一個右壁、以及該切削工具的一個入口點。在該裝置的一些示例性實施例中，該處理模塊可進一步被配置成:相對于該右壁確定一組主要側(cè)面銑削工具位置；并且相對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施例中，該處理模塊可進一步被配置成:確定多次輔助移動，其中多次輔助移動可為以下各項中的至少一項:接近該通道形腔；與該通道形腔脫離；將該切削工具在多個子區(qū)域之間的多次移動連接起來；添加一個拋光精整穿通，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施例中，該至少一個機加工限制參數(shù)可為以下各項中的至少一項:該通道的幾何形狀禁止一個附加穿通；以及機加工公差可小于一個附加穿通所要求的。在該裝置的一些示例性實施例中，確定該切削工具的該次擺線路徑的步驟可進一步基于以下各項中的至少一項:一個軸向切削工具接合、一個徑向切削工具接合、至少一個切削工具速度參數(shù)、以及該通道形腔的該底表面與該次擺線路徑的一個交互作用。
[0012]附圖簡要說明
[0013]各實施例可通過舉例示出，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計算機輔助制造系統(tǒng)；
[0015]圖2以頂級流程圖描繪一種示例性的五軸機加工方法；
[0016]圖3以頂級流程圖描繪一種示例性的選擇工件方法；
[0017]圖4以頂級流程圖描繪一個示例性的對稱性擴展和同步步驟；
[0018]圖5以頂級流程圖描繪一個示例性側(cè)面穿通步驟；
[0019]圖6以功能框圖描繪一個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)動定位過程；
[0021]圖8描繪包括一條示例性次擺線工具路徑的一個示例性通道形腔；
[0022]圖9描繪一個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以頂級流程圖示出一個示例性輔助移動步驟；并且
[0024]圖1lA至圖1lD描繪一個示例性拋光精整穿通操作。
[0025]詳細說明
[0026]本實施例可以利用以下項的結(jié)構(gòu)化組合:5軸側(cè)面機加工、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加工、以及通道專用的粗加工循環(huán)。X5軸數(shù)控(5軸NC)機器可由三條平移軸線和兩條旋轉(zhuǎn)軸線來表征:可用字母A、B或C來指示的兩個旋轉(zhuǎn)位置是根據(jù)特定機床的機械配置來分別限定圍繞軸線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)軸線并僅可能進行切削工具的平移移動的3軸NC機器相比時，它們表示一種技術(shù)增強。切削工具位置的這種增加的靈活性可以造成:a)更短的機加工時間；以及b)原料以一種方式被移除，以便更一致地重新產(chǎn)生期望的目標形狀。
[0027]這些改進所花費的成本在于，該切削工具的計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控制。另外，切削負載(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切削工具設(shè)備可承受的機械極限。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，因為它允許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應(yīng)于尖端點銑削的一個徑向部件和對應(yīng)于側(cè)面銑削的一個軸向部件。
[0028]多個示例性實施例可以包括一個適合通道形的切削工具軌跡計算，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滾動的圓上固定的點跟蹤的路徑。這個定義被一般化為沿一條一般的三維曲線來滾動的圓，該一般的三維曲線被連續(xù)地適配成被機加工的通道的形狀，具體地講:適配成其左壁、右壁、以及底表面。
[0029]次擺線運動具有若干優(yōu)點。一個優(yōu)點在于，切削工具始終用其側(cè)面移除材料，這允許了更高的機加工速度。另一個優(yōu)點在于，僅僅切削工具的一個小區(qū)域在任何時候被接合。次擺線運動在施加至5軸NC時呈現(xiàn)出許多復(fù)雜情況。
[0030]為了計算切削工具的一個高效5軸不斷或連續(xù)的次擺線粗加工移動，5軸TCR可以執(zhí)行五個步驟。這第一步驟被稱為對稱性擴展和自動同步，并且其涉及了對有待機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)于底表面的對稱性的可能要素的信息擴展至多個通道壁；并且b)可評估通道的左壁和右壁的相對位置，并可建立通道右側(cè)的子部分與通道左側(cè)上的對應(yīng)部分的所得對應(yīng)。
[0031]第二步驟是側(cè)面穿通產(chǎn)生。在這個步驟中，a)計算相對于右壁的一組主要側(cè)面銑削工具位置；并且b)計算相對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。在這個步驟中，第一步驟和第二步驟的對應(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，工具接合是逐點估計的，并且這些次擺線穿通可自適應(yīng)地改變，例如，在超過極限接合閾值的情況下。
[0033]第四步驟是增量步驟。在這個步驟中，反復(fù)重復(fù)進行先前三個步驟工序(即，同步-側(cè)面穿通-次擺線)，即以更低幅度水平、或切削負載進行迭代，并且在通道內(nèi)完成它們。這個過程允許通過保持低速率的切削負載來將原料逐漸移除?？梢源嬖谠S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械特征、以及要求5軸TCR機加工提供的精確程度(即，所謂的機加工公差)。這些參數(shù)還可影響兩個相鄰水平的相對深度距離。
[0034]第五步驟是輔助移動步驟。這個步驟包括向工具軌跡中添加多次輔助移動；其中工具所期望的這些輔助移動是根據(jù)以上說明進行計算的，例如，相對于切削負載和目標尺寸。第五步驟可以包括執(zhí)行可任選的精整穿通。
[0035]該對稱性擴展和自動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)、工具高速運動、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，因為該粗加工操作無法通過單個同步-側(cè)面穿通-次擺線工序從該通道移除所有原料。輔助移動步驟可產(chǎn)生必要的鏈路并通過利用用于產(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)來提供拋光最終結(jié)果的可能性。
[0036]實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)行的計算機執(zhí)行指令。數(shù)控機器由它們的處理單元所接收的命令來自動地操作。機加工設(shè)備130可以提供機床、或切削工具，并且可以根據(jù)數(shù)字代碼生成器120所提供的指令對該切削工具相對于工件進行定向。該切削工具的位置可以三個絕對位置(即XYZ)和兩個旋轉(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)劃模塊可以訪問一個或多個數(shù)據(jù)庫140，該一個或多個數(shù)據(jù)庫140包括下列項的基于計算機的模型:(a)限定有待機加工的通道工件141的多個特征(典型地是左壁和右壁以及一個底表面)；(b)與被機加工的通道表面的分析有關(guān)的幾何選項142以及信息可影響由切削工具的端點來描述的曲線(該種曲線被認為是工具路徑)將具有的形狀的方式；(c)表示以下內(nèi)容的技術(shù)選項143:i)機加工設(shè)備130的切削工具與工件之間的相對位置；以及ii)粗加工策略的總體演變；以及(d)輔助移動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)接多個機加工子區(qū)域的移動的指令。
[0037]通過用戶界面150，系統(tǒng)100的用戶可從數(shù)據(jù)庫140選擇文件或?qū)ο笠杂梢?guī)劃模塊110應(yīng)用來生成可例如為G-代碼的數(shù)字代碼121。隨后，機加工設(shè)備130可以接收G-代碼并且執(zhí)行編碼的指令來驅(qū)動該機床。例如，該裝置可以具有被適配成從第一菜單151接收一個用戶選擇的一個用戶界面150，其中第一菜單151可以通過觸摸屏或顯示器和指示裝置顯示，并且其中第一菜單151包括一個通道形狀的多個基本要素的限定，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 —樣通過觸摸屏、顯示器和指示裝置呈現(xiàn)，或者通過單獨的觸摸屏或單獨的顯示器和指示裝置呈現(xiàn)。第二菜單152可以包括指定多個工具參考點相對于通道形工件的相對位置和軸向取向的多個技術(shù)選項。
[0038]實施例可以包括一種示例性的5軸機加工方法200，如以圖2的頂級流程圖所示。包括一個規(guī)劃或編程過程的一個5軸TCR機加工循環(huán)可以包括七個步驟，隨后，在這些步驟之后可進行CNC代碼的生成。5軸TCR機加工的示例性七個規(guī)劃步驟包括以下(a)至(g)工序，如在以下詳述。在示例性七個規(guī)劃步驟中，利用簡單和有限的輸入信息的限定，僅僅步驟(a)可以要求機器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)自動處理。該過程可由以下步驟組成:(a)限定或選擇有待機加工的通道形工件的區(qū)域(步驟210) ；(b)擴展底表面的對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，對稱性擴展和自動同步步驟(步驟220) ；(c)相對于右壁和左壁產(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)通過擬圓形圖案連結(jié)多個側(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，即，輔助移動步驟(步驟260)，其可包括:(1)接近工件，⑵與該工件分離，⑶多次移動聯(lián)接多個機加工子區(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機加工方法，可由一個5軸CNC機器來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流通部件、以及一個深度部件，整個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單的實體以產(chǎn)生工具的對應(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程中的任務(wù)，因為所有其他步驟和階段都可由系統(tǒng)自動處理。這些示例性步驟包括:(a)選擇有待機加工的通道形工件的區(qū)域(步驟310) ；(b)通過一組限定的表面來選擇通道的右壁和通道的左壁(步驟320) ；(c)通過一組限定的表面來選擇通道的底表面(步驟330);以及(d)限定通道的一個入口點，該入口點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]一種示例性的對稱性擴展和同步方法400以圖4的頂級流程圖示出。這個步驟可以完全地自動化，并且可不要求CAM操作員的任何直接動作。這些示例性步驟包括:(a)底表面的分析以及可能的幾何對稱性的檢測(步驟410) ；(b)關(guān)于底表面的此類信息向左壁和右壁的擴展(步驟420) ；(c)左壁和右壁的相對偏移位置的檢測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更新的幾何數(shù)據(jù)庫的生成，該數(shù)據(jù)庫包含左壁表面和右壁表面的對稱并同步的型式(步驟440)。步驟410中的可能的對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的頂級流程圖示出。這可以是完全自動化的步驟，它不涉及CAM操作員的直接動作。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)相對于底表面的先前所產(chǎn)生的這些位置的檢驗，以及在底表面上任何可能的現(xiàn)存對稱性的連貫重新產(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)最小距離標準的對先前所產(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)容的一個示例性功能框圖。這可以是完全自動化的步驟，它不涉及CAM操作員的直接動作。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和終點(步驟610) ；(b)檢驗擬圓形圖案以產(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)可以檢驗擬圓形圖案以具有允許切削工具在切削時高速移動(例如，高速機加工(HSM))的局部曲率(步驟640);以及(e)檢驗擬圓形圖案以產(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中的多個技術(shù)約束(參見圖1)和/或步驟420和步驟440中確定的多個對稱性特征(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)動定位算法:參見圖7，以便產(chǎn)生較可能的、或最可能的無碰撞的工具位置配置。在步驟630中的過度接合的情況下，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，每個位置可沿其軸線偏移以產(chǎn)生最可能的無碰撞位置。
[0044]圖7以功能框圖描繪一種示例性迭代反饋驅(qū)動定位過程700。這些示例性步驟包括:(a)在幾何上計算一個切削工具位置(CTP)(步驟760) ； (b)外部例行程序計算目標工件(WP)與切削工具位置(或如果是來自步驟790，則為改進的切削工具位置(ICTP))的相對交互作用(步驟770) ； (c)確定WP對CTP或ICTP的相對位置是否滿足技術(shù)約束(步驟780) ； (d)如果在步驟780中并未滿足技術(shù)約束，那么可以通過根據(jù)步驟770和步驟780中獲取的信息對目標WP和CTP (或ICTP)的相對交互作用進行測試來產(chǎn)生一個改進的位置ICTP (步驟785) ； (e)改進的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示例性通道形腔800。該示例性通道包括一個左(內(nèi))壁811、一個右(內(nèi))壁812、以及一個底表面813,這些可由CAM操作員輸入。次擺線路徑815的一個入口點818也可由CAM操作員輸入。
[0046]圖9描繪一個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左(內(nèi))壁911、一個右(內(nèi))壁912、以及一個入口點918。在次擺線生成步驟期間所生成的起點和終點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上的一個計算出的工具路徑進行定位。銑削工具隨后移動到軸線932上的一個第二銑削工具位置922中。銑削工具隨后移動到軸線933上的一個第三銑削工具位置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。
[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中的至少一個中描述的步驟以在通道內(nèi)的較低深度水平來進行的重復(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械特征、以及要求5軸TCR機加工提供的精確程度(即，所謂的機加工公差)。這些參數(shù)還可影響兩個相鄰水平的相對深度距離。
[0048]圖10以頂級流程圖1000來示出對輔助移動步驟中計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動(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)。一個拋光精整穿通操作可添加到每個增量水平中(步驟1030)。隨著規(guī)劃完成，可以確定工具路徑(步驟1040)?？删团鲎矙z測檢查輔助移動步驟。
[0049]圖1lA至圖1lD以通道的俯視圖來描繪一個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加工勞動產(chǎn)生期望的最終形狀。
[0050]考慮的是，可對上述實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，旨在在此通過舉例來披露的本發(fā)明的范圍不應(yīng)由所述特別披露的實施例限制。
【權(quán)利要求】
1.一種由五軸計算機數(shù)控(CNC)機器來銑削通道形腔的方法，該方法包括: 選擇有待機加工的一個工件，其中該工件具有一個通道的一個底表面、該通道的一個左壁、該通道的一個右壁以及一個切削工具的一個入口點； 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，進一步包括: 確定該切削工具的多次輔助移動。
3.如權(quán)利要求2所述的銑削通道形腔的方法，進一步包括: 將一次或多次切削工具移動輸出為一個或多個機器指令，其中該一次或多次切削工具移動是基于以下各項中的至少一項: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。
4.如權(quán)利要求2所述的銑削通道形腔的方法，進一步包括: 針對一個遞增地降低的深度水平中的每個深度水平來重復(fù)進行以下各項中的至少一項: 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。
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確定多個可能的幾何對稱性； 將包含所確定的可能的幾何對稱性的多條曲線擴展到該工件通道的該左壁上并擴展到該工件通道的該右壁上； 基于對該工件通道的該左壁的一個分析和對該工件通道的該右壁的一個分析來確定該工件通道的該左壁的一個相對偏移位置以及該工件通道的該右壁的一個相對偏移位置；并且 生成一個更新的幾何數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含所擴展的這些曲線，所擴展的這些曲線包含該工件通道的所分析的左壁相對于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對稱性并且包含該工件通道的所分析的右壁相對于該工件通道的該底表面的所確定的可能的幾何對稱性。
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進一步包括以下各項中的至少一項: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子區(qū)域之間的多次移動進行連接作為多條快速鏈路；添加一個拋光精整穿通，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一步包括: 確定一個幾何切削工具位置； 確定有待機加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的相對交互作用； 確定有待機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交互作用、以及該至少一個技術(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加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的相對交互作用；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一步包括: 針對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于該工件通道的該底表面的多個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)生任何對稱性； 如果發(fā)生以下各項中的至少一項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)約束中的至少一個技術(shù)約束； 針對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于該工件通道的該底表面的多個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)生任何對稱性；并且 如果發(fā)生以下各項中的至少一項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，其中確定有待機加工的該工件與所確定的幾何切削工具位置的相對交互作用進一步包括: 檢驗該次擺線路徑以確定該切削工具不與以下各項中的至少一項碰撞:該通道的該底表面、該通道的該左壁、以及該通道的該右壁； 檢驗該次擺線路徑以確定該切削工具不產(chǎn)生比一個切削工具接合極限更大的切削工具接合；并且 檢驗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設(shè)定優(yōu)選速度的速度來移動的一個局部曲率。
10.一種用于生成五軸機床的指令的裝置，該裝置包括: 一個具有可尋址存儲器的處理模塊，該處理模塊被配置成: 在未滿足至少一個機加工限制參數(shù)時，針對一個通道形腔重復(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頂表面朝向該通道形腔的一個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床的指令的裝置，其中該處理模塊進一步被配置成: 選擇有待機加工的該通道形腔，其中該通道形腔具有一個底表面、一個左壁、一個右壁以及該切削工具的一個入口點。
12.如權(quán)利要求11所述的用于生成五軸機床的指令的裝置，其中該處理模塊進一步被配置成: 相對于該右壁確定一組主要側(cè)面銑削工具位置；并且 相對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床的指令的裝置，其中該處理模塊進一步被配置成: 確定多次輔助移動，其中多次輔助移動是以下各項中的至少一項:接近該通道形腔；與該通道形腔脫離；將該切削工具在多個子區(qū)域之間的多次移動連接起來；添加一個拋光精整穿通，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床的指令的裝置，其中該至少一個機加工限制參數(shù)是以下各項中的至少一項:該通道的幾何形狀禁止一個附加穿通；以及機加工公差是小于一個附加穿通所要求的。
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一步基于以下各項中的至少一項:一個軸向切削工具接合、一個徑向切削工具接合、至少一個切削工具速度參數(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】B23C5/12GK104395023SQ201380033108
【公開日】2015年3月4日 申請日期: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 申請人:德普技術(shù)公司