以射出点为控制目标的高能束加工方法技术

本发明专利技术提供了一种以射出点为控制目标的高能束加工方法，包括以下步骤：（1）将切割图形矢量化并拆分成线段单元；（2）设计切入线和切出线；（3）设计射出点在加工工件下表面运动的规划路径；（4）设计切割方案；（5）计算出射入点在加工工件上表面运动的多维空间轨迹；（6）根据射入点的多维空间轨迹对工件进行加工。本发明专利技术根据射出点在加工工件下表面运动的切割路径轨迹，选择优化的策略（即切割方案），能够有效消除由射出点和射入点流束表现形态不同引起的形状误差；与现有技术相比，本发明专利技术采用切割头后倾或快速过切方法代替原有的放慢切割速度方法不仅提高了切割效率，而且避免了现有方法中放慢速度可能导致的形状误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高能束加工
，具体涉及一种。
技术介绍
在高能束切割(比如水刀、激光、等离子弧)过程中，流束在被切割材料的作用下会自然向后弯曲，如图I所示，流束经磨料喷嘴11喷出，切割方向为由左向右，在工件12上射入点13和射出点14不在同一条垂线上,射出点14 一般滞后于射入点13。由于射出点滞后于射入点，高能束切割的材料表面一般具有以下缺陷 缺陷I:在切到转角处需要改变切割方向时，由于流束射出点的滞后，流束上下不能同步转向，造成转角处出现形状误差(如图2)。缺陷2 :在切割圆弧时，切割方向随时需要改变，由于流束射出点的滞后，流束上下不能同步转向，造成小圆弧处的形状误差(如图3)。缺陷3 :流束与材料发生作用时，在靠近射入点被切割材料的上部，由于流束的能量较大，可以迅速切除材料，但随着切割深度的增加，流束的能量逐渐衰减，切割能力下降。由于上述原因，流束在射入点的流型与在射出点的流型不一样，从而导致该流束切出的切缝产生形状误差(如图4所示)。缺陷4 :高能束切割材料时，被切割材料切割表面的切入切出点靠近射出点处一般会留下一块未切割的小三角区(如图5所示)。导致出现这种未切完的小三角区的主要原因也是射出点滞后于射入点。上述分析表明导致高能束在切割材料过程中出现形状误差的主要原因是高能束在射出点与射入点的不同表现形态所致。为消除上述形状误差，当前普遍被采用的方法是放慢切割速度。采用放慢速度的方法虽然可以部分解决形状误差的问题，但效率非常低，造成成本的极大浪费，而且过慢的速度又可能导致上窄下宽的正梯形切缝。另外一种得到应用的方法是通过侧向摆动一个小角度以补偿切缝锥度误差。上述两种方法虽然在某些方面部分解决了被切割件形状误差的问题，但上述两种方法都没有意识到引起形状误差的主要原因是射出点而不是射入点，因此，上述方法无法对误差消除形成一个完整的解决方案，难以从根本上有效解决高能束切割的形状误差问题。针对这种情况，本专利技术提供了，此方法不仅可以完全解决上述四种形状误差问题，而且切割效率得以大大提高。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种能够提高切割效率，并可消除形状误差的。本专利技术是通过如下技术方案实现的 一种，包括以下步骤(1)将切割图形矢量化，并将矢量化后的切割图形拆分成若干个线段单元； (2)根据加工工件和切割图形，设计切入线和切出线； (3)根据切割图形的各个线段单元、切入线和切出线，设计射出点在加工工件下表面运动的规划路径； (4)根据射出点的规划路径，设计切割方案； (5 )根据加工工件、射出点的规划路径、切割方案和预先设计的加工工艺参数，计算出射入点在加工工件上表面运动的多维空间轨迹； (6)根据射入点的多维空间轨迹和预先设计的加工工艺参数对工件进行加工。进一步的，若步骤(2)中所述的切割图形包含封闭区域，则设计封闭区域的切入线的方向为垂直于切割线，且切入点和切出点重合；所述切割线为切割图形上切入点所在的直线或者为切割图形在切入点的切线。进一步的，步骤(4)中所述的切割方案包括以下的至少一种 Ca)切割外角时采用过切方法和/或切割头后倾方法； (b)切表I]内角时米用切表I]头后倾方法； (C)切割圆弧时米用切割头后倾方法； Cd)消除切面自然锥度或切出设计锥度时采用切割头侧向偏摆角度方法。进一步的，步骤(5)中计算出射入点在加工工件上表面运动的多维空间轨迹的具体方法为 (5. I)以规划路径起始点为原点建立XYZ直角坐标系； (5. 2)将射出点的规划路径向切入线所在一侧偏移一个设定值，得到偏移后的规划路径; (5. 3)根据偏移后的规划路径上每个线段单元的几何参数和加工工艺参数，设计出每个线段单元的理想切割速度； (5. 4)若切割方案为切割外角时采用过切方法，则在位于外角位置并处于切入的一侧的线段单元之后均添加正向延长线和反向延长线；正向延长线和反向延长线的长度为该线段单元射出点后拖量的1-2倍； (5. 5)把偏移后的规划路径的每个线段单元都拆分为一条或者多条短线段，计算出每条短线段终止端点的XYZ坐标； (5. 6)根据每个短线段所在线段单元的理想切割速度以及速度连续性和平滑性的要求设计该短线段的切割速度； (5. 7)根据每个短线段的切割速度以及加工工艺参数，计算出每个短线段对应的射出点后拖量和射流锥度角； (5. 8)根据每个短线段的射出点后拖量和射流锥度角，计算出对应的切割头后倾角度和切割头侧偏角度以及偏摆方向； (5. 9)根据每个短线段的方位角和对应的切割头后倾角度、侧偏角度以及偏摆方向，计算出与每个短线段对应的绕X轴和Y轴转动的转角分量； (5. 10)每个短线段的终止端点的XYZ坐标以及相应的X轴、Y轴转角分量构成一个五个自由度的空间点，将与所有短线段对应的所有空间点连起来即构成射入点在加工工件上表面运动的多维空间轨迹。进一步的，步骤(6)中所述按照射入点的多维空间轨迹和预先设计的加工工艺参数对工件进行加工的具体方法为 (A)在射入点的多维空间轨迹上选择若干个空间点作为工艺控制点，在这些工艺控制点上添加切割过程所需的操控命令； (B)计算多维空间轨迹上每个空间点相应的多维度运动预规划信息，所述多维度预规划信息包括但不限于多轴运动的电机步数、运动方向、操控命令和速度； (C)把多维度预规划信息发送到下位机进行加工。进一步的，步骤(C)中把多维度预规划信息发送到下位机进行加工的方法为把多维度预规划信息一次性发送到下位机，待发送完成后，下位机再把多维度预规划信息分别发送给各轴的驱动器进行加工；或者为把多维度预规划信息以数据流的方式发送到下位机，下位机边接收边把多维度预规划信息分别发送给各轴的驱动器进行加工。 本专利技术提出了，根据射出点在加工工件下表面运动的切割路径轨迹，选择优化的策略(即切割方案)，确定射入点在加工工件上表面运动的多维空间轨迹，并通过对多轴运动系统的控制实现高能束加工。本专利技术中采用的切割方案，能够有效消除由射出点和射入点流束表现形态不同引起的形状误差；与现有技术中采用的方法相比，本专利技术采用切割头后倾或快速过切方法代替原有的放慢切割速度方法不仅提高了切割效率，而且避免了现有方法中放慢速度可能导致的形状误差，此外，本专利技术采用的切入线垂直于切割线的方法能有效消除未切割三角区。附图说明图I为水刀切割材料时显现的自然弯曲现象示意 图2为射出点滞后于射入点在转角处造成的转角形状误差示意 图3为射出点滞后于射入点造成的圆弧形状误差示意 图4为射流切割效率随切割深度增加而降低造成的锥度误差示意 图5为切入切出点靠近射出点处留下未切割三角区示意 图6为切入线和切出线垂直于切割线示意 图7为切入线垂直于切割线消除未切割三角区示意 图8为内外角描述示意 图9为过切方法示意 图10为切割头后倾方法示意 图11为切割头侧向偏摆角度方法示意 图12为实施例中的切割图形； 图13为实施例中的速度分布示意 图14为实施例中的多维空间轨迹示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。本专利技术提供了一种，包括以下步骤 (I)将切割图形矢量化，并将矢量化后的切割图形拆分成若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以射出点为控制目标的高能束加工方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将切割图形矢量化，并将矢量化后的切割图形拆分成若干个线段单元；（2）根据加工工件和切割图形，设计切入线和切出线；（3）根据切割图形的各个线段单元、切入线和切出线，设计射出点在加工工件下表面运动的规划路径；（4）根据射出点的规划路径，设计切割方案；（5）根据加工工件、射出点的规划路径、切割方案和预先设计的加工工艺参数，计算出射入点在加工工件上表面运动的多维空间轨迹；（6）根据射入点的多维空间轨迹和预先设计的加工工艺参数对工件进行加工。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾继跃，张仕进，
申请(专利权)人：上海狮迈科技有限公司，
类型：发明
国别省市：