CN101633134B - 数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法 - Google Patents

Abstract

一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，即用户只需输入平面图形，数控机床系统依照用户输入的平面图形在曲面上进行加工的方法。包括以下步骤：参数输入、将用于输入的图形打散成图元、确定用户输入图形的中心点、用户输入图形投影到待加工曲面、待加工曲面坐标转换为机械轴坐标。本方法用户的输入十分方便。用户只要给出待加工工件及想要在待加工工件上加工的平面图形即可，而不需要画出加工后的具体图形。

Description

数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法

技术领域

本发明涉及数控机床加工技术领域，进一步涉及数控机床系统运动控制技术领域，特别涉及数控机床系统中实现三维图形加工的方法。

背景技术

数控机床系统是依照用户输入的图形进行加工。这样无形中对用户的输入要求较高。对于平面图形加工，用户或许可以给出较理想的图形。对于更加复杂的立体图形加工，如要求加工的为椭球面，用户所输入的图形可能并不是用户真正想要的图形。这样必然会产生用户输入图形与相应加工出的图形的误差，也增加用户输入的困难度。在现有的数控机床领域，仍然是严格按照用户输入图形加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，即用户只需输入平面图形，数控机床系统依照用户输入的平面图形在曲面上进行加工的方法。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：

一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，包括以下五个步骤：

参数输入

用户输入平面图形；待加工工件曲面图形；用户输入的平面图形与待加工工件投影关系；用户输入的平面图形投影到待加工工件的投影方式；加工机床的机械参数。

将用户输入图形打散成图元

具体打散的大小根据加工步长与加工精度来确定。加工步长为每次打散的图形的长度，而加工精度为打散后的图形上的点到起点与终点连线上的最大距离。

确定用户输入图形的中心点

因为必须确定中心点才能确定它投影的坐标。工件中心点可以直接求出。确定中心点的方法为((max(x)+min(x))/2，(max(y)+min(y))/2)。然后再根据用户的需要来调节中心点坐标。

用户输入图形投影到待加工曲面

根据投影关系与投影方式，运用数学变换方法可以求出打散后的图元坐标在待加工曲面上的坐标。转换依据的主要参数有用户输入图形，待加工图形，投影方式，投影关系等来确定具体的转换函数。

待加工曲面坐标转换为机械轴坐标

根据待加工曲面坐标，可以转换为具体的机械轴运动坐标。转换必须依据具体的数控机床来决定。

在参数输入步骤中，还需要确定：用户输入的平面图形与待加工工件投影关系；确定用户输入的平面图形投影到待加工工件的投影方式；根据投影关系和投影方式通过数学变换得出投影变换公式。

所述投影关系有五种：上投影，前投影，后投影，左投影，右投影，具体采用哪种投影关系由用户确定。

所述投影方式有三种：直接投影、覆盖式投影、中心点投影，具体采用哪种投影方式由用户确定。

有益效果

用户的输入十分方便。用户只要给出待加工工件及想要在待加工工件上加工的平面图形即可。而不需要画出加工后的具体图形。

加工效果更好，如果按照用户输入的三维图形进行加工。用户所需要的三维图形与用户画出的三维图形有时会有些误差。如想在椭球面上画一条直线，画出的三维图形坐标必然经过了一些取舍。给出平面直线与待加工椭球面，我们直接根据这些信息给出加工信息将比较精确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述一种投影关系和投影方式的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的数控机床系统中要求对用户输入的图形与待加工工件进行处理。要解决的问题：

1、确定用户输入的平面图形与待加工工件投影关系。

2、确定用户输入的平面图形投影到待加工工件的投影方式。

3、投影变换。

4、确定切割方法。

对于问题1的解决方法：

用户输入的平面图形与待加工工件投影关系由用户确定。考虑到五种基本的投影关系，分别确定：上投影，前投影，后投影，左投影，右投影。

对于问题2的解决方法：

用户输入的平面图形投影到待加工工件的投影方式也是由用户确定。考虑到3中基本的投影方式，分别确定为直接投影(待加工工件曲面投影到平面为用户输入平面图形)，覆盖式投影(用户输入平面图形覆盖到待加工曲面上)，中心点投影(用户输入平面图形与待加工工件中心点来确定待加工图形)。

对于问题3的解决方法：

在确定上述投影关系与投影方式后，我们根据数学变换可以把用户输入的图形坐标表示转换为待加工工件曲面坐标表示。

如我们确定投影关系为UP，投影方式为直接投影。参看图1，待加工工件图形为球面，坐标变换公式如下：

由于为竖直投影， $\left|\mathrm{AO}\right|=\left|A^{\′}D\right|=\sqrt{x^2+y^2}$ D点为A′在Z轴上的投影点

又|O′A′|＝r，待加工工件的半径。则 $\left|{\mathrm{DO}}^{\′}\right|=\sqrt{r^2-x^2-y^2}$

$R=\sqrt{x^2+y^2+{(\sqrt{r^2-x^2-y^2}+L_{\mathrm{QW}}-r)}^2}$

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{r^2-x^2-y^2}+L_{\mathrm{QW}}-r}\right)$

$\mathrm{\φ}=\arctan \frac{y}{x}$

知 $A^{\′}(\sqrt{x^2+y^2+{(\sqrt{r^2-x^2-y^2}+L_{\mathrm{QW}}-r)}^2},$ $\arctan \left(\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{r^2-x^2-y^2}+L_{\mathrm{QW}}-r}\right),\arctan \frac{y}{x})$

图1中上部为用户所画图案，投影到球面后得到的图案。

上述公式中，x，y为进行中心偏置后加工图形上的平面坐标，r为待加工眼镜片球面半径，L_QW指机床中托待加工眼镜片轴轴长。

对于问题4的解决方法：

虽然用户输入的图形是标准的直线，圆弧，椭圆等，但是实际映射后的图形并不由这样的标准图形组成，这样就产生一种加工的问题。我们考虑的方法是对用户输入的图形进行打散成小段，具体用加工的步长与加工的精度来控制打散的大小。加工步长为每次打散的图形的长度，而加工精度为打散后的图形上的点到起点与终点连线上的最大距离。

最后在以以下步骤进行以输入二维图形来实现三维图形的加工

1、参数输入

用户输入平面图形；待加工工件曲面图形；用户输入的平面图形与待加工工件投影关系；用户输入的平面图形投影到待加工工件的投影方式；加工机床机械参数。

2、将用户输入图形打散成图元

具体打散的大小根据加工步长与加工精度来确定。加工步长为每次打散的图形的长度，而加工精度为打散后的图形上的点到起点与终点连线上的最大距离。

3、寻找用户输入图形的中心点

因为必须确定中心点才能确定它投影的坐标。工件中心点可以直接求出。确定中心点的方法为((max(x)+min(x))/2，(max(y)+min(y))/2)。然后再根据用户的需要来调节中心点坐标。

4、用户输入图形投影到待加工曲面

根据投影关系与投影方式，运用数学变换方法可以求出打散后的图元坐标在待加工曲面上的坐标。转换依据的主要参数有用户输入图形，待加工图形，投影方式，投影关系等来确定具体的转换函数。

5、待加工曲面坐标转换为机械轴坐标

根据待加工曲面坐标，可以转换为具体的机械轴运动坐标。转换必须依据具体的数控机床来决定。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，其特征在于，包括以下五个步骤：

1)参数输入

用户输入：平面图形、待加工工件曲面图形；平面图形与待加工工件投影关系；平面图形投影到待加工工件的投影方式；加工机床机械参数；

2)将用户输入图形打散成图元

具体打散的大小根据加工步长与加工精度来确定；加工步长为每次打散的图形的长度，而加工精度为打散后的图形上的点到起点与终点连线上的最大距离；

3)确定用户输入图形的中心点

因为必须确定中心点才能确定工件投影的坐标；工件中心点直接求出；确定中心点的方法为((max(x)+min(x))/2，(max(y)+min(y))/2)；然后再根据用户的需要来调节中心点坐标；

其中x为工件x轴坐标，y为工件y轴坐标，max(x)为工件x轴坐标最大值，min(x)工件x轴坐标最小值，max(y)为工件y轴坐标最大值，min(y)工件y轴坐标最小值，公式((max(x)+min(x))/2，(max(y)+min(y))/2)即为x轴坐标平均值和y轴坐标平均值;

4)用户输入图形投影到待加工曲面

根据投影关系与投影方式，运用数学变换方法求出打散后的图元坐标在待加工曲面上的坐标，变换依据的主要参数有：用户输入图形、待加工图形、投影方式、投影关系、以及由投影方式和投影关系来确定的具体变换函数；

5)待加工曲面坐标转换为机械轴坐标

根据待加工曲面坐标，转换为具体的机械轴运动坐标，转换必须依据具体的数控机床来决定。

2.根据权利要求1所述的一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，其特征在于，在参数输入步骤中，还需要确定：用户输入的平面图形与待加工工件投影关系；确定用户输入的平面图形投影到待加工 工件的投影方式；根据投影关系和投影方式通过数学变换得出投影变换公式。

3.根据权利要求2所述的一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，其特征在于，所述投影关系有五种：上投影，前投影，后投影，左投影，右投影，具体采用哪种投影关系由用户确定。

4.根据权利要求2所述的一种数控机床系统中输入二维图形来实现三维图形加工的方法，其特征在于，所述投影方式有三种：直接投影、覆盖式投影、中心点投影，具体采用哪种投影方式由用户确定。 

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