[发明专利]使用中轴变换优化工具路径的方法

说明书

背景技术

CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）系统可以与CNC（计算机数控）系统集成以提供快速、有效的工件机械加工。CAM系统采用多种工具路径策略以在粗机械加工操作中引导切割工具，在所述粗机械加工操作中，将工件机械加工为近净成形。在一种通常被称为恒定偏置或平行偏置的工具路径策略中，切割工具和工件的径向接合程度随着切割工具沿工具路径的移动而变化。虽然沿直线切口的材料切除率（MRR）可能是最佳的，但当工具进入径向接合增加的急弯或者拐角时，进给速率必须降低。

为了增加机械加工效率并减少工具的磨损/损坏，自适应型工具路径策略已经被开发出，其中基本贯穿粗机械加工操作而保持切割工具和工件的全径向接合。基于切割工具的全径向接合，CAM系统可以计算带来更高的可用机床功率的使用率的轴向切割深度和进给速率。虽然自适应工具路径策略可以显著增加切削效率，但机械利用率仍然未被充分优化。这是因为，虽然工具路径程序可以调用恒定的切割工具进给速率，但机械因为其自身的惯性质量可能无法真正实现恒定的进给速率。例如，当切割工具到达外部切割区域边界时，机械需要减速、停止、改变方向并重新加速。由于工具路径速率和方向的这些频繁改变而引起的效率的损失沿工件的狭窄或紧凑区域可能尤其严重。在这些区域中，需要切割工具的多次短程来回通过，每次都要求切割工具减速、改变方向并重新加速。

因此，需要一种使用增大机械加工效率的自适应工具路径策略的工件粗机械加工的方法，特别是沿被机械加工的区域的狭窄或者紧凑区域。还需要一种机械加工方法，当切割工具与工件保持基本充分的接合时，所述机械加工方法保持切割工具的进给速率为基本恒定的速度。

发明内容

根据所公开的实施例，提供了使用自适应工具路径策略的自动化机械加工方法，所述方法使用更大量的机械工具的可用功率以便提高材料去除速率并减少机械加工时间。对切割工具的减速、改变方向和重新加速的需要被显著减少。生成长而平滑的工具路径，其允许在基本整个粗机械加工操作过程中保持基本恒定的进给速率。所述方法产生了可以用作粗机械加工起点的预粗机械加工条件，所述粗机械加工采用基本百分之百的工具接合和与机械的最大操作约束匹配的进给速率。

根据另一个实施例，提供了使用数控机床粗机械加工工件的方法。该方法包括选择限定待机械加工的工件的区域形状的边界，确定该形状的中轴，利用所述中轴生成第一组工具路径数据以用于引导切割工具的移动，使用所述第一组工具路径数据在所述工件中机械加工预粗机械加工的沟槽，基于该沟槽的几何构形生成第二组工具路径数据，并使用第二组工具路径数据对所述工件进行粗机械加工。确定所述形状的中轴是由使用计算机实施的中轴变换算法执行的，并且确定所述中轴包含生成代表所述形状的多条曲线，并且然后通过取消选定所述多条曲线中的至少某些曲线而细化所述多条曲线。生成第二组工具路径数据是使用自适应工具路径算法执行的。中轴变换算法包含缩放的中轴变换。取消选定所述多条曲线中的至少某些曲线是使用编程的计算机自动执行的。可替换地，取消选定所述多条曲线中的至少某些曲线包含向人视觉的呈现所述多条曲线，并由人执行所述取消选定。工件的粗机械加工开始于将切割工具定位在所述沟槽内并从所述沟槽以基本平滑的曲线向外螺旋地移动所述切割工具。生成第二组工具路径数据包含选择从所述沟槽向外螺旋前进的工具路径图案。所述粗机械加工包含从所述沟槽向外螺旋地移动所述切割工具。

根据再一个实施例，提供了粗机械加工具有至少一个狭窄区域的工件的方法。该方法包含向计算机输入限定待机械加工的工件区域的形状的切割边界，使用计算机执行所述形状的中轴变换，包括生成描述该形状的一组中轴曲线，选择某些中轴曲线以用于生成预粗机械加工的工具路径，基于选择的中轴曲线使用计算机生成预粗机械加工的工具路径，使用预粗机械加工的工具路径引导所述切割工具以在工件中自动机械加工预粗机械加工的沟槽，基于预粗机械加工的沟槽的几何构形使用计算机生成粗机械加工的工具路径，使用粗机械加工的工具路径引导切割工具以自动机械加工工件的所述区域的剩余部分。使用计算机执行所述形状的中轴变换包含执行分级的（scalar）中轴变换。自动机械加工工件的所述区域的剩余部分包含使用粗机械加工的工具路径引导切割工具以基本平滑的曲线从预粗机械加工的沟槽向外螺旋前进。由计算机自动执行对所述中轴中的一些的选择。自动机械加工工件的所述区域的剩余部分包含在整个粗机械加工的工具路径中保持基本恒定的径向切割深度。