使用中轴变换优化工具路径的方法技术

本发明专利技术涉及使用中轴变换优化工具路径的方法。工件的粗机械加工通过数控机床使用自适应工具路径技术执行。通过在工件中沿中轴形成预粗机械加工的沟槽并且使用工具路径机械加工所述工件的剩余部分，增大了材料去除速率和机械加工效率，所述工具路径从预粗机械加工的沟槽的内侧开始并以平滑曲线向外螺旋前进。

Method of optimizing tool path by using middle axis transform

The invention relates to a method for optimizing tool paths using a medial axis transformation. The rough machining of workpiece is carried out by means of adaptive tool path technology. The material removal rate and the machining efficiency are increased by forming the grooves of the pre rough machined machining along the middle axis and machining the remaining parts of the workpiece by the tool path. The tool path starts from the inside of the grooves of the pre rough machined and moves outwards with a smooth curved line.

【技术实现步骤摘要】
使用中轴变换优化工具路径的方法本申请是于2013年07月10日提交的名称为“使用中轴变换优化工具路径的方法”的中国专利申请2013102874903的分案申请。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本公开的一个方面涉及采用自动控制的切割工具机械加工工件的方法。该方法包含选择待机械加工的工件的区域，所述区域具有形状；为选择的区域计算至少一个骨架曲线；在所述工件中沿骨架曲线机械加工具有几何构形的沟槽；基于沟槽的几何构形生成工具路径；并且沿着生成的工具路径移动切割工具以机械加工所述工件。在所述方法的一个示例中，计算至少一个骨架曲线是使用选择的区域的形状的中轴变换执行的。在所述方法的一个变体中，多个骨架曲线被计算，并且所述方法进一步包含细化所述多个骨架曲线。在所述方法的一个替换例中，细化多个骨架曲线由编程的计算机自动执行。在所述方法的另一个示例中，细化多个骨架曲线包含自动地向人视觉地呈现多个骨架曲线，并由人执行所述细化。在另一个变体中，所述方法进一步包含生成一组预粗机械加工的工具路径数据。机械加工所述沟槽包含使用计算机化的控制器和预粗机械加工的工具路径数据来控制切割工具的移动。在所述方法的另一个替换例中，沿工具路径移动切割工具包含从所述沟槽内的起点开始所述工具路径。在所述方法的另一个示例中，生成所述工具路径包含选择从沟槽向外螺旋前进的工具路径图案。在所述方法的另一个变体中，移动切割工具包含从所述沟槽内的位置以平滑的曲线向外螺旋地移动所述切割工具。本公开的另一个方面涉及使用数控机床粗机械加工工件的区域的方法。所述工件的区域具有形状。所述方法包含选择限定待机械加工的工件的区域形状的边界；确定所述形状的中轴；使用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；在所述工件中使用第一组工具路径数据机械加工具有几何构形的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生成第二组工具路径数据；并且使用第二组工具路径数据来粗机械加工所述工件。在所述方法的一个示例中，确定所述形状的中轴是使用计算机实施的中轴变换算法执行的。在所述方法的一个变体中，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。在所述方法的一个替换例中，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。在所述方法的另一个示例中，所述中轴变换算法包含缩放的中轴变换。在所述方法的另一个变体中，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。在所述方法的另一个替换例中，取消选定所述多条曲线中的至少某些曲线包含向人视觉地呈现多条曲线，并且然后由人执行所述取消选定。在所述方法的另一个示例中，粗机械加工所述工件开始于将所述切割工具定位在所述沟槽内并从所述沟槽以总体平滑的曲线向外螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用自动控制切割工具机械加工工件的方法，其包括：选择切割边界，所述切割边界限定将被机械加工的所述工件的区域的形状；确定所述形状的中轴变换，包括生成描述所述形状的一组中轴曲线；选择用于生成预粗机械加工的工具路径的所述中轴曲线中的至少一个；基于所述中轴曲线中的至少一个生成所述预粗机械加工的工具路径；使用切割工具和引导所述切割工具的所述预粗机械加工的工具路径，通过以所述中轴的第一端为中心在所述工件中切割包含第一期望轴向深度的第一圆形凹槽、切割预粗机械加工的沟槽的全长，以及随后以所述中轴的第二端为中心在所述工件中切割包含第二轴向深度的第二圆形凹槽，在所述工件中自动机械加工所述预粗机械加工的沟槽；基于所述预粗机械加工的沟槽的几何构形，使用切割工具对所述工件的恒定径向切割深度生成粗机械加工的工具路径，使得所述粗机械加工的工具路径包含在所述预粗机械加工的沟槽内的用于所述切割工具的起点；使用所述切割工具和所述粗机械加工的工具路径引导所述切割工具以自动机械加工所述工件的所述区域的剩余部分；以及使用所述粗机械加工的工具路径沿从预粗机械加工的沟槽向外螺旋前进的曲线引导所述切割工具以自动机械加工所述工件的所述区域的所述剩余部分，使得所述切割工具排除对下列中的至少一个的需要：反转所述切割工具的行进方向，以及所述切割工具的明显的减速和加速。...

【技术特征摘要】
2012.07.13 US 13/549,0921.一种使用自动控制切割工具机械加工工件的方法，其包括：选择切割边界，所述切割边界限定将被机械加工的所述工件的区域的形状；确定所述形状的中轴变换，包括生成描述所述形状的一组中轴曲线；选择用于生成预粗机械加工的工具路径的所述中轴曲线中的至少一个；基于所述中轴曲线中的至少一个生成所述预粗机械加工的工具路径；使用切割工具和引导所述切割工具的所述预粗机械加工的工具路径，通过以所述中轴的第一端为中心在所述工件中切割包含第一期望轴向深度的第一圆形凹槽、切割预粗机械加工的沟槽的全长，以及随后以所述中轴的第二端为中心在所述工件中切割包含第二轴向深度的第二圆形凹槽，在所述工件中自动机械加工所述预粗机械加工的沟槽；基于所述预粗机械加工的沟槽的几何构形，使用切割工具对所述工件的恒定径向切割深度生成粗机械加工的工具路径，使得所述粗机械加工的工具路径包含在所述预粗机械加工的沟槽内的用于所述切割工具的起点；使用所述切割工具和所述粗机械加工的工具路径引导所述切割工具以自动机械加工所述工件的所述区域的剩余部分；以及使用所述粗机械加工的工具路径沿从预粗机械加工的沟槽向外螺旋前进的曲线引导所述切割工具以自动机械加工所述工件的所述区域的所述剩余部分，使得所述切割工具排除对下列中的至少一个的需要：反转所述切割工具的行进方向，以及所述切割工具的明显的减速和加速。2.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述至少一个骨架曲线是使用所述区域的形状的中轴变换执行的。3.根据权利要求1所述的方法，其中多种数量的骨架曲线被计算，并且所述方法进一步包含细化所述多种数量的骨架曲线。4.根据权利要求3所述的方法，其中细化所述多种数量的骨架曲线由编程的计算机自动执行。5.根据权利要求3所述的方法，其中细化所述多种数量的曲线包含：自动地视觉地呈现所述多种数量的曲线，因此使得能够进行手动细化。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含生成一组预粗机械加工的工具路径数据，并且其中机械加工所述预粗机械加工的沟槽包含使用计算机化的控制器和所述预粗机械加工的工具路径数据来控制所述切割工具的移动。7.根据权利要求1所述的方法，其中：沿所述工具路径移动所述切割工具包含从所述预粗机械加工的沟槽内的所述起点开始所述工具路径。8.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述工具路径包含选择从所述预粗机械加工的沟槽向外螺旋前进的工具路径图案。9.一种使用数控机床粗机械加工工件的方法，其包括：选择切割边界，所述切割边界限定将被机械加工的所述工件的区域的形状；确定所述形状的中轴变换，包括生成描述所述形状的一组中轴曲线；选择所述中轴曲线中的至少一个用于生成预粗机械加工的工具路径；基于所述中轴曲线中的所述至少一个生成所述预粗机械加工的工具路径；使用切割工具和引导所述切割工具的所述预粗机械加工的工具路径，通过以所述中轴的第一端为中心在所述工件中切割包含第一期望轴向深度的第一圆形凹槽、切割预粗机械加工的沟槽的全长以及随后以所述中轴的第二端为中心在所述工件中切割包含第二轴向深度的第二圆形凹槽，在所述工件中自动机械加工所述预粗机械加工的沟槽；基于所述预粗机械加工的沟槽的几何构形，使用切割工具对所述工件的恒定径向切割深度生成粗机械加工的工具路径，使得所述粗机械加工的工具路径包含在所述预粗机械加工的沟槽内的用于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·柏林，P·L·弗里曼，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US