專(zhuān)利名稱(chēng)：一種加工鞋楦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工鞋楦的方法，尤其是一種基于母楦數(shù)字模型與加工刀具之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的加工鞋楦的方法。
背景技術(shù)：
鞋楦是制鞋時(shí)使用的提供基本造型的模子。它是一個(gè)復(fù)雜的由不規(guī)則的曲線和曲面所組成的自由曲面閉合體，其外形不能由初等曲面構(gòu)成。通過(guò)三維掃描得到的鞋楦外形輪廓面是由一系列離散點(diǎn)構(gòu)成的，它們滿(mǎn)足一定的精度要求。傳統(tǒng)的鞋楦加工方法是通過(guò)機(jī)械的接觸式掃描設(shè)備掃描母楦，該母楦是設(shè)計(jì)出來(lái)的鞋楦樣本，通過(guò)掃描得到數(shù)控刻楦機(jī)的走刀數(shù)據(jù)，然后直接將此數(shù)據(jù)輸入數(shù)控刻楦機(jī)加工鞋楦。通常的加工鞋楦的方法是通過(guò)三維掃描設(shè)備，將母楦的形狀表面數(shù)據(jù)掃描后，經(jīng)過(guò)軟件的處理轉(zhuǎn)換成數(shù)控刻楦機(jī)的走刀數(shù)據(jù)，輸入數(shù)控刻楦機(jī)加工鞋楦。數(shù)控刻楦機(jī)控制的是銑刀刀盤(pán)中心的位置，而三維掃描得到的是鞋楦表面輪廓的位置，兩種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的加減關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際加工時(shí)銑刀包絡(luò)面與鞋楦表面只有一個(gè)接觸點(diǎn)，即兩個(gè)面相切。由幾何知識(shí)容易知道，為了求出加工鞋楦表面上的某個(gè)點(diǎn)的刀位點(diǎn)(即刀盤(pán)中心位置)，可以在此點(diǎn)的法向上加上銑刀切口的直徑，從而得到銑刀碗口中心O1的位置。由于銑刀刀盤(pán)中心O0點(diǎn)與O1點(diǎn)之間的相對(duì)位置不變，因此很容易從點(diǎn)O1的位置計(jì)算出銑刀刀盤(pán)中心O0點(diǎn)的位置。因?yàn)樾副砻媸遣灰?guī)則的曲面，其法向幾乎是處處變化的，所以銑刀的包絡(luò)面與鞋楦表面的接觸點(diǎn)也隨之產(chǎn)生變化。如果使用這種方法來(lái)計(jì)算刀位點(diǎn)，就需要算出鞋楦表面各點(diǎn)的法向，計(jì)算量將非常大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鞋楦數(shù)字模型與加工刀具之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，該方法利用離散化和最小距離法簡(jiǎn)化了復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，利用查找表極大提高了計(jì)算速度，從基于曲面離散點(diǎn)的角度，解決了由鞋楦曲面面離散點(diǎn)計(jì)算出數(shù)控刻楦中刀路的問(wèn)題，保證了鞋楦的加工精度，提高生產(chǎn)效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種加工鞋楦的方法，該方法包括以下步驟步驟A對(duì)母楦表面進(jìn)行掃描，得到其表面數(shù)據(jù)；步驟B根據(jù)掃描得到的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)換成控制刻楦機(jī)銑刀的刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制參數(shù)；步驟C按照步驟B中所述的控制參數(shù)控制銑刀沿所述刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)毛坯楦進(jìn)行加工，得到和母楦相同的鞋楦。
步驟B所述的運(yùn)算包括在三個(gè)坐標(biāo)系中，將刀盤(pán)包絡(luò)面離散化并計(jì)算刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；其中，第一坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于鞋楦上，其以直角坐標(biāo)(x，y，z)描述鞋楦所在的空間，Z軸與鞋楦的長(zhǎng)度方向一致；第二坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于鞋楦上，其以柱坐標(biāo)(r，α，z)描述鞋楦所在的空間，第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)與第一坐標(biāo)系的原點(diǎn)相同，第二坐標(biāo)系的Z軸與第一坐標(biāo)系的Z軸重合；第三坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)固定在銑刀刀盤(pán)上，且為銑刀刀盤(pán)中心點(diǎn)，其以直角坐標(biāo)(x，y，z)描述銑刀刀盤(pán)所在的空間，銑刀刀盤(pán)的軸線與第一坐標(biāo)系的Z軸具有一傾角θ；當(dāng)?shù)侗P(pán)的傾角θ＝0時(shí)，第三坐標(biāo)系的Z軸與第一坐標(biāo)系的Z軸同向，第三坐標(biāo)系的X軸指向第一坐標(biāo)系的Z軸并與其垂直；當(dāng)?shù)侗P(pán)的傾角θ≠0，坐標(biāo)系不變，仍為XYZ，只是刀盤(pán)整體以Y軸為軸心旋轉(zhuǎn)了角度θ；其中，所述刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法具體包括設(shè)定刀盤(pán)中心的初始位置，具體步驟包括，在第二坐標(biāo)系里，刀盤(pán)中心O0移至下一個(gè)參考軌跡點(diǎn)(rO0，i，αO0，i，zO0，i)，其坐標(biāo)與上一個(gè)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)(rO0，i-1，αO0，i-1，zO0，i-1)的關(guān)系為zO0,i=zO0,i-1+Δz0;]]>αO0,i=αO0,i-1+Δα0;]]>rO0,i=R0,]]>其中，Δz0和Δα0為刀盤(pán)在第二坐標(biāo)系里作螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)在縱向z和角度α方向上的增量；在第二坐標(biāo)系里，得到刀盤(pán)在毛坯楦上的投影區(qū)域DL內(nèi)的鞋楦離散點(diǎn)，投影區(qū)域DL是刀具在當(dāng)前位置能加工到的鞋楦離散點(diǎn)的集合；坐標(biāo)變換，將投影區(qū)域DL內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)由第一坐標(biāo)系坐標(biāo)變?yōu)榈谌鴺?biāo)系里的坐標(biāo)；在第三坐標(biāo)系里，計(jì)算每個(gè)投影點(diǎn)到刀盤(pán)包絡(luò)面的水平距離dx，1，所述的水平距離為投影點(diǎn)沿第三坐標(biāo)系的X軸到刀盤(pán)包絡(luò)面的最小距離，在這些水平距離中計(jì)算出最小距離dmin，在投影區(qū)域中確定加工點(diǎn)；在第二坐標(biāo)系里，計(jì)算出加工鞋楦時(shí)刀盤(pán)的中心坐標(biāo)rnc，l＝R0-dmin；αnc，i＝αo，i；znc，i＝zo，i；其中，rnc，i＝R0-dmin也就是刻楦時(shí)銑刀的進(jìn)刀距離。
在第三坐標(biāo)系里計(jì)算水平距離的時(shí)候，對(duì)于鞋楦上一點(diǎn)(x，y，z)，不需要把它和查找表里的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行比較，而是通過(guò)y和z可以迅速計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的索引，找到和這一點(diǎn)的y，z坐標(biāo)最接近的刀盤(pán)包絡(luò)面的離散點(diǎn)。如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)點(diǎn)，則說(shuō)明沒(méi)有此點(diǎn)和刀盤(pán)包絡(luò)面不存在投影交點(diǎn)；如果查找到的包絡(luò)面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值為999，則說(shuō)明也沒(méi)有交點(diǎn)，解為虛數(shù)解，在此為了處理方便將虛解設(shè)置為999，找到了這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最接近的刀盤(pán)離散點(diǎn)之后，采用插值的方法計(jì)算出刀盤(pán)包絡(luò)面的距離；綜上所述，本發(fā)明從基于曲面離散點(diǎn)的角度，解決了由鞋楦曲面面離散點(diǎn)計(jì)算出數(shù)控刻楦中刀路的問(wèn)題。本發(fā)明利用離散化和最小距離法簡(jiǎn)化了復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，利用查找表極大提高了計(jì)算速度。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。


圖1為離散化的鞋楦表面示意圖；圖2為銑刀剖視圖；圖3為刀盤(pán)連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為銑刀刀盤(pán)包絡(luò)面；圖5為數(shù)控刻楦機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為銑刀刀盤(pán)包絡(luò)面與鞋楦的位置關(guān)系示意圖；圖7為本發(fā)明三個(gè)坐標(biāo)系的設(shè)置位置示意圖；圖8為本發(fā)明加工鞋楦的工藝步驟流程圖；圖9為本發(fā)明將掃描數(shù)據(jù)運(yùn)算后轉(zhuǎn)換成控制刻楦機(jī)銑刀的刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制參數(shù)的工藝步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為離散化的鞋楦表面示意圖。從圖1中可知，鞋楦表面1是一個(gè)復(fù)雜的由不規(guī)則的曲線和曲面所組成的自由曲面閉合體，其外形不能由初等曲面構(gòu)成。通過(guò)三維掃描得到的鞋楦外形輪廓面是由一系列離散點(diǎn)構(gòu)成的，它們滿(mǎn)足一定的精度要求。
通常在加工鞋楦時(shí)，采用的是數(shù)控刻楦機(jī)。如圖2、圖3所示，分別為銑刀剖視圖和刀盤(pán)連接結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，銑刀2被設(shè)計(jì)成碗狀，切口的直徑為30mm左右。如圖3所示，將3把相同的銑刀2被固定銑刀刀盤(pán)3上。每間隔120°安放一個(gè)銑刀2。加工時(shí)，銑刀刀盤(pán)3以7000-8000r/min的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)圓環(huán)狀包絡(luò)面A，如圖4所示。因?yàn)檗D(zhuǎn)速很高，所以只要加工對(duì)象有一部分和這個(gè)圓環(huán)狀的包絡(luò)面相交，這部分就會(huì)被切割掉。
數(shù)控刻楦機(jī)的主機(jī)工作時(shí)采用兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的加工方式，如圖5所示。待加工的毛坯楦1’沿縱向固定在C軸上，并且在C軸步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下以C軸為中心旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，數(shù)控刻楦機(jī)通過(guò)同步齒輪、齒形皮帶和絲桿帶動(dòng)Z軸滑動(dòng)工作臺(tái)，沿Z方向左右移動(dòng)。通過(guò)X軸步進(jìn)電機(jī)和絲桿，位于Z軸滑動(dòng)工作臺(tái)上面的X軸滑動(dòng)工作臺(tái)可沿X方向前后平移。固定在X軸滑動(dòng)工作臺(tái)上的高速防爆電機(jī)通過(guò)平皮帶驅(qū)動(dòng)銑刀刀盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)。因此，在X軸和Z軸兩個(gè)滑動(dòng)工作臺(tái)的幫助下，高速旋轉(zhuǎn)的刀碗可以在X-Z平面上自由運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制銑刀刀盤(pán)3中心與C軸中心的距離即可按照測(cè)量獲得的鞋楦輪廓數(shù)據(jù)對(duì)毛坯楦每個(gè)截面外輪廓進(jìn)行加工，切割掉多余的材料即可獲得所需的鞋楦。
由于銑刀刀盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)，我們可以把整個(gè)刀具看成一個(gè)包絡(luò)面，它實(shí)際上是由一個(gè)圓(銑刀刀口)旋轉(zhuǎn)而成的圓環(huán)包絡(luò)面面，只要加工材料和這個(gè)包絡(luò)面接觸上就會(huì)被切削。如圖4所示，建立一個(gè)空間坐標(biāo)系O0XYZ。其中，半徑為a的圓繞Y’軸旋轉(zhuǎn)一周后形成包絡(luò)面，圓心O1和刀盤(pán)中心O0的距離為b。實(shí)際加工時(shí)，刀盤(pán)有一個(gè)傾角θ，即刀盤(pán)整體以Y’軸為中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了角度θ。包絡(luò)面的曲面方程為(±(xcosθ-zsin)2+y2-b)2+(xsinθ+zcosθ)2=a2...(*)]]>數(shù)控刻楦機(jī)控制的是銑刀刀盤(pán)中心的位置，而三維掃描得到的是鞋楦表面輪廓的位置，兩種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的加減關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際加工時(shí)銑刀包絡(luò)面與鞋楦表面只有一個(gè)接觸點(diǎn)，即兩個(gè)面相切。
由幾何知識(shí)容易知道，為了求出加工鞋楦表面上的某個(gè)點(diǎn)(在第二坐標(biāo)系中半徑為r)對(duì)應(yīng)的刀盤(pán)中心位置(刀位點(diǎn))，可以在此點(diǎn)的法向上加上銑刀切口的直徑，從而得到銑刀碗口中心O1的位置。由于銑刀刀盤(pán)中心O0點(diǎn)與O1點(diǎn)之間的相對(duì)位置不變，因此很容易從點(diǎn)O1的位置計(jì)算出銑刀刀盤(pán)中心O0點(diǎn)的位置。因?yàn)樾副砻媸遣灰?guī)則的曲面，其法向幾乎是處處變化的，所以銑刀的包絡(luò)面與鞋楦表面的接觸點(diǎn)也隨之變化。使用這種方法來(lái)計(jì)算刀位點(diǎn)，就需要算出鞋楦表面各點(diǎn)的法向，計(jì)算量將非常大。
本發(fā)明采用了最小距離法避開(kāi)了法向計(jì)算，從而簡(jiǎn)化了刀位點(diǎn)的計(jì)算。在實(shí)際加工時(shí)，當(dāng)鞋楦處于某一位置時(shí)，刀盤(pán)包絡(luò)面和當(dāng)前對(duì)應(yīng)的鞋楦表面之間只有一個(gè)接觸點(diǎn)，也就是說(shuō)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的銑刀沿著X軸向鞋楦移動(dòng)時(shí)，最先接觸的就是這個(gè)點(diǎn)。這個(gè)接觸點(diǎn)具有最小距離的特性，即，當(dāng)?shù)侗P(pán)和鞋楦表面相距一定距離D(這個(gè)距離只需保證刀盤(pán)和鞋楦不接觸)的時(shí)候，在銑刀包絡(luò)面可能接觸到楦體表面的區(qū)域(稱(chēng)為投影區(qū)域)中，這個(gè)點(diǎn)沿X軸走刀方向投影到包絡(luò)面上的距離最短(記為dmin)。如果刀盤(pán)沿著X軸向鞋楦進(jìn)刀，距離為dmin，就可以把這一點(diǎn)加工出來(lái)。求出鞋楦表面所有可能加工到的點(diǎn)的刀位點(diǎn)，就能把鞋楦刻出來(lái)。
接下來(lái)的問(wèn)題就是計(jì)算鞋楦上某個(gè)點(diǎn)與刀盤(pán)包絡(luò)面的距離。對(duì)于每一個(gè)鞋楦點(diǎn)，y1＝y(tǒng)s，i，j，z1＝zs，i，j，方程轉(zhuǎn)化為關(guān)于x1的一元四次方程Ax14+Bx13+Cx12+Dx1+E=0...(**)]]>其中，A、B、C、D和E是方程(*)變換為方程(**)時(shí)產(chǎn)生的系數(shù)。
可以采用代數(shù)方法直接解這個(gè)方程得到距離x1。但是速度很慢，完成整個(gè)鞋楦刀位點(diǎn)的計(jì)算需要十幾個(gè)小時(shí)。主要的瓶頸是重復(fù)計(jì)算量大每計(jì)算一個(gè)刀位點(diǎn)，就需要比較投影區(qū)域里的所有鞋楦點(diǎn)(假設(shè)有Ni個(gè)點(diǎn))與刀盤(pán)包絡(luò)面的距離，也就是解Ni次方程；再計(jì)算下一個(gè)刀位點(diǎn)時(shí)，仍然需要比較投影區(qū)域里的所有鞋楦點(diǎn)(假設(shè)有Ni+1個(gè)點(diǎn))與刀盤(pán)包絡(luò)面的距離，又要解Ni+1個(gè)方程。解一元四次方程本身就比較復(fù)雜，而次數(shù)太多更增加了總計(jì)算時(shí)間。
本發(fā)明采用了查找表和離散化的方法，將計(jì)算時(shí)間提高到了3到5分鐘。巧妙地建立坐標(biāo)系以及離散化讓我們只需要解一次方程；引入查找表則幾乎不需要解方程，大大提高了計(jì)算速度。
為了計(jì)算刀位點(diǎn)，首先要做兩個(gè)準(zhǔn)備工作。
第一，建立3個(gè)坐標(biāo)系，如圖7所示，1)第一坐標(biāo)系XYZ固定在鞋楦上的直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)為O。
2)第二坐標(biāo)系RαZ固定在鞋楦上的柱坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)也為O。
3)第三坐標(biāo)系XYZ，固定在銑刀刀盤(pán)上的直角坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)為刀盤(pán)中心O0，當(dāng)?shù)侗P(pán)的傾角θ＝0時(shí)，第三坐標(biāo)系的Z軸與第一坐標(biāo)系的Z軸同向，第三坐標(biāo)系的X軸永遠(yuǎn)指向第一坐標(biāo)系的Z軸并與其垂直。當(dāng)θ不為0時(shí)，坐標(biāo)系不變，只是刀盤(pán)整體以Y軸為軸心旋轉(zhuǎn)了角度θ。由于第三坐標(biāo)系固定在銑刀刀盤(pán)上，所以刀盤(pán)包絡(luò)面的方程在此坐標(biāo)系里永遠(yuǎn)是不變的。
第二，將刀盤(pán)包絡(luò)面離散化。離散的疏密程度由加工要求決定。將所有的離散點(diǎn)在第三坐標(biāo)系里的坐標(biāo)存入文件查找表中。查找表每一行數(shù)據(jù)代表一個(gè)點(diǎn)在第三坐標(biāo)系里的(x，y，z)坐標(biāo)。由于查找表里的y坐標(biāo)和z坐標(biāo)的間隔固定，所以查找表里的y坐標(biāo)和z坐標(biāo)實(shí)際上代表的就是點(diǎn)的索引。
接著我們就可以開(kāi)始計(jì)算刀位點(diǎn)。
刀盤(pán)的軌跡由刀位點(diǎn)組成，是一條螺旋線。整個(gè)鞋楦的刀位點(diǎn)的計(jì)算對(duì)應(yīng)程序里的一個(gè)大循環(huán)，銑刀從鞋楦尾部加工至鞋楦頭部。
每計(jì)算一個(gè)刀位點(diǎn)需要做以下工作1.設(shè)定刀盤(pán)中心的初始“參考位置”。在第二坐標(biāo)系里，刀盤(pán)中心O0移至下一個(gè)參考軌跡點(diǎn)(rO0，i，αO0，i，zO0，i)，其坐標(biāo)與上一個(gè)參考軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)(rO0，i-1，αO0，i-1，zO0，i-1)的關(guān)系為zO0,i=zO0,i-1+Δz0,αO0,i=αO0,i-1+Δα0,rO0,i=R0,]]>其中Δz0和Δα0為刀盤(pán)在第二坐標(biāo)系里作螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)在縱向z和角度α方向上的增量。所述的“參考位置”是指，該值不是加工鞋楦時(shí)刀盤(pán)中心O0的軌跡半徑。通過(guò)的給定“參考位置”，第三坐標(biāo)系即可確定，鞋楦點(diǎn)可以在此坐標(biāo)系中表示出來(lái)，從而計(jì)算出最小距離。但最小距離與“參考位置”的設(shè)定值無(wú)關(guān)。
2.在第二坐標(biāo)系里，挑選出銑刀包絡(luò)面A在鞋楦1上的投影區(qū)域DL里的鞋楦離散點(diǎn)，如圖6所示。
3.坐標(biāo)變換，將投影區(qū)域DL內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)由第一坐標(biāo)系坐標(biāo)變?yōu)榈谌鴺?biāo)系里的坐標(biāo)。
4.在第三坐標(biāo)系里，計(jì)算每個(gè)投影點(diǎn)到刀盤(pán)包絡(luò)面的水平距離dx，1，通過(guò)比較得出最小距離dmin1)計(jì)算投影區(qū)域DL里每一個(gè)點(diǎn)到包絡(luò)面的水平距離在第三坐標(biāo)系里，對(duì)于鞋楦上一點(diǎn)(x，y，z)，不需要把它和查找表里的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行比較，而是通過(guò)y和z可以迅速計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的索引，找到和這一點(diǎn)的y，z坐標(biāo)最接近的刀盤(pán)包絡(luò)面的離散點(diǎn)。如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)點(diǎn)，則說(shuō)明沒(méi)有此點(diǎn)和刀盤(pán)包絡(luò)面不存在投影交點(diǎn)；如果查找到的包絡(luò)面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值為999，則說(shuō)明也沒(méi)有交點(diǎn)，解為虛數(shù)解，在此為了處理方便將虛解設(shè)置為999。找到了這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最接近的刀盤(pán)離散點(diǎn)之后，采用插值的方法計(jì)算出刀盤(pán)包絡(luò)面的距離。
2)在這些距離中計(jì)算出最小距離dmin，從而在投影區(qū)域中確定加工點(diǎn)。
5.在第二坐標(biāo)系里，計(jì)算出加工鞋楦時(shí)刀盤(pán)中心坐標(biāo)rnc，j＝R0-dmin，αnc，i＝α0，i，znc，i＝zo，i；其中，rnc，i＝R0-dmin也就是刻楦時(shí)銑刀的進(jìn)刀距離x。
將掃描數(shù)據(jù)運(yùn)算后轉(zhuǎn)換成控制刻楦機(jī)銑刀的刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制參數(shù)的工藝過(guò)程，如圖9所示。
綜上所述，本發(fā)明加工鞋楦的整體工藝步驟如圖8所示，包括
步驟101對(duì)母楦表面進(jìn)行掃描，得到其表面數(shù)據(jù)，該表面數(shù)據(jù)作為后續(xù)步驟中進(jìn)行運(yùn)算的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型；步驟102根據(jù)步驟101掃描得到的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)換成控制刻楦機(jī)銑刀的刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制參數(shù)；步驟103按照步驟102中所述的控制參數(shù)控制銑刀沿所述刀位點(diǎn)，對(duì)毛坯楦進(jìn)行加工，得到和母楦相同的鞋楦。
最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種加工鞋楦的方法，其特征在于，該方法包括步驟A對(duì)母楦表面進(jìn)行掃描，得到其表面數(shù)據(jù)；步驟B根據(jù)掃描得到的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)換成控制刻楦機(jī)銑刀的刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制參數(shù)；步驟C按照步驟B中所述的控制參數(shù)控制銑刀沿所述刀位點(diǎn)，對(duì)毛坯楦進(jìn)行加工，得到和母楦相同的鞋楦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工鞋楦的方法，其特征在于，步驟B所述的運(yùn)算包括在三個(gè)坐標(biāo)系中，將刀盤(pán)包絡(luò)面離散化并計(jì)算刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；其中，第一坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于鞋楦上，其以直角坐標(biāo)(x，y，z)描述鞋楦所在的空間，z軸與鞋楦的長(zhǎng)度方向一致；第二坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)位于鞋楦上，其以柱坐標(biāo)(r，α，z)描述鞋楦所在的空間，第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)與第一坐標(biāo)系的原點(diǎn)相同，第二坐標(biāo)系的Z軸與第一坐標(biāo)系的Z軸重合；第三坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)固定在銑刀刀盤(pán)上，且為銑刀刀盤(pán)中心點(diǎn)，其以直角坐標(biāo)(x，y，z)描述銑刀刀盤(pán)所在的空間，銑刀刀盤(pán)的軸線與第一坐標(biāo)系的Z軸具有一傾角θ；當(dāng)?shù)侗P(pán)的傾角θ＝0時(shí)，第三坐標(biāo)系的Z軸與第一坐標(biāo)系的Z軸同向，第三坐標(biāo)系的X軸指向第一坐標(biāo)系的Z軸并與其垂直；當(dāng)?shù)侗P(pán)的傾角θ≠0時(shí)，坐標(biāo)系不變，仍為XYZ，只是刀盤(pán)整體以Y軸為軸心旋轉(zhuǎn)了角度θ；其中，所述刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法具體包括設(shè)定刀盤(pán)中心的初始位置，具體步驟包括，在第二坐標(biāo)系里，刀盤(pán)中心O0移至下一個(gè)參考軌跡點(diǎn)(rO0，i，αO0，i，zO0，i)，其坐標(biāo)與上一個(gè)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)(rO0，i-1，αO0，i-1，zO0，i-1)的關(guān)系為zO0,i=zO0,i-1+Δz0;αO0,i=αO0,i-1+Δα0;rO0,i=R0,]]>其中，Δz0和Δα0為刀盤(pán)在第二坐標(biāo)系里作螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)在縱向z和角度α方向上的增量；在第二坐標(biāo)系里，得到刀盤(pán)在毛坯楦上的投影區(qū)域DL內(nèi)的鞋楦離散點(diǎn)，投影區(qū)域DL是刀具在當(dāng)前位置能加工到的鞋楦離散點(diǎn)的集合；坐標(biāo)變換，將投影區(qū)域DL內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)由第一坐標(biāo)系坐標(biāo)變?yōu)榈谌鴺?biāo)系里的坐標(biāo)；在第三坐標(biāo)系里，計(jì)算每個(gè)投影點(diǎn)到刀盤(pán)包絡(luò)面的水平距離dx，l，所述的水平距離為投影點(diǎn)沿第三坐標(biāo)系的X軸到刀盤(pán)包絡(luò)面的最小距離，在這些水平距離中計(jì)算出最小距離dmin，在投影區(qū)域中確定加工點(diǎn)；在第二坐標(biāo)系里，計(jì)算出加工鞋楦時(shí)刀盤(pán)的中心坐標(biāo)rnc，i＝R0-dmin；αnc，i＝αo，i；znc，i＝zo，i；其中，rnc，i＝R0-dmin也就是刻楦時(shí)銑刀的進(jìn)刀距離。
全文摘要
一種加工鞋楦的方法，首先對(duì)母楦進(jìn)行掃描，得到其表面數(shù)據(jù)；其次根據(jù)掃描得到的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)換成控制刻楦機(jī)的銑刀刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制參數(shù)；最后按照控制參數(shù)控制銑刀刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)毛坯楦進(jìn)行加工，從而得到和母楦相同的鞋楦。本發(fā)明從基于曲面離散點(diǎn)的角度，解決了由鞋楦曲面離散點(diǎn)計(jì)算出數(shù)控刻楦中刀路的問(wèn)題，利用離散化和最小距離法簡(jiǎn)化了復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，利用查找表極大提高了計(jì)算速度；采用本發(fā)明所提供的加工鞋楦的方法加工出來(lái)的鞋楦外部尺寸精確，生產(chǎn)效率高。
文檔編號(hào)G05B19/19GK1831685SQ20051005131
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者湯青, 甘中學(xué), 韋巍, 甘家付, 劉曉鳴 申請(qǐng)人:新奧博為技術(shù)有限公司