CN103317541B - 一种基于平板切割机的刀具补偿方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于平板切割机的刀具补偿方法，包括以下步骤：（1）在运行过程中，将绘图笔的中心点作为运行中心点，引入偏移量L；（2）再引入了刀具半径r，用于实现刀具补偿；（3）刀具为自由转刀，切割过程的刀具补偿方式如下：a、抬刀时使用到了直线刀补；b、落刀时使用了直线刀补、圆弧刀补相结合；c、若切割材料比较薄且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补与圆弧刀补相结合；d、若切割材料比较厚且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补、圆弧刀补与抬刀、落刀相结合。本发明能有效提高切割精度、提升可靠性。
Description
技术领域
本发明属于运动控制技术领域，尤其是一种基于平板切割机的刀具补偿方法。
背景技术
当前，国内平板切割机行业发展快速，各种控制系统不断出现。对于需要高精度和针对中等重量材料进行加工的任务而言，平板切割机是最理想的。同时，平板切割机也适合于纸板、掩膜胶片、泡沫板、油性板等介质上。部分平板切割机具有同时装载一把刻刀和一支绘图笔的能力，用户无需手动更换相应的绘图笔和刻刀。而刀具的选择越来越多样化，有自由转刀、自动转刀、振动刀具等等，本发明针对的是自由转刀这种刀具形式，提出了两种刀具补偿方法及其应用。
发明内容
为了解决在切割过程中，自由转刀的刀具实际切割点与切割中心点之间的位置偏差，为了克服现有的平板切割机的切割精度较低、可靠性较差的不足，本发明提供了一种能有效提高切割精度、提升可靠性的基于平板切割机的刀具补偿方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于平板切割机的刀具补偿方法，所述方法包括以下步骤：
（1）在运行过程中，将绘图笔的中心点作为运行中心点，引入偏移量L，即在原有坐标点的基础上加上偏移量L，使得在切割过程中，切割中心点为刀具的中心点，以便于切割过程中的路规划，使得切割出来的图形能够与笔的轨迹重合；
（2）再引入了刀具半径r，用于实现刀具补偿；
（3）所述刀具为自由转刀，切割过程的刀具补偿方式如下：
a、抬刀时使用到了直线刀补；
b、落刀时使用了直线刀补、圆弧刀补相结合；
c、若切割材料比较薄且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补与圆弧刀补相结合；
d、若切割材料比较厚且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补、圆弧刀补与抬刀、落刀相结合。
本发明的优点在于：应用于自由转刀的平板切割机中，可以补偿刀具半径带来的误差；当材料比较厚的情况下，通过转角抬刀，避免了给材料带来不必要的损坏。
附图说明
图1为切割机机头的结构简化图；
图2为切割机刀具截面图；
图3实线为P点在落刀与抬刀补偿中的轨迹图；
图4实线为P点转角补偿的轨迹图；
图5实线为P点转角抬刀补偿的轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1～图5，一种基于平板切割机的刀具补偿方法，所述方法包括以下步骤：
（1）在运行过程中，将绘图笔的中心点作为运行中心点，引入偏移量L，即在原有坐标点的基础上加上偏移量L，使得在切割过程中，切割中心点为刀具的中心点，以便于切割过程中的路规划，使得切割出来的图形能够与笔的轨迹重合；
（2）再引入了刀具半径r，用于实现刀具补偿；
（3）所述刀具为自由转刀，切割过程的刀具补偿方式如下：
a、抬刀时使用到了直线刀补；
b、落刀时使用了直线刀补、圆弧刀补相结合；
c、若切割材料比较薄且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补与圆弧刀补相结合；
d、若切割材料比较厚且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补、圆弧刀补与抬刀、落刀相结合。
本实施例的刀具补偿方法，具体包括以下步骤：
（1）图1为切割机机头的结构简化图。设偏移量L相对于的切割平面的向量为(Δx,Δy)，切割时，当切割机运行到点(x0,y0)时，笔的中心点C对应于切割平面的坐标就是(x0,y0)，而此时P点相对于切割平面的坐标是(x0-Δx,y0-Δy)，因此本发明在运行时，在原有坐标(x0,y0)的基础上加上偏移量L(Δx,Δy)，得到坐标(x0+Δx,y0+Δy)作为真正切割过程中的目标点；
（2）图2为切割机刀具截面图。所述步骤（1）中偏移量L补偿后，切割中心点已经由原先的点C改为点P。但是在切割过程中，本发明的实际切割点是刀尖点A，因此又引入了刀具半径r，用于实现刀具补偿；
（3）由于本发明的系统刀具使用的是自由转刀，因此本发明提出的刀具补偿包括两种方法，分别称之为直线刀补与圆弧刀补，将所述步骤（2）中的刀具半径r作为刀补半径，将其相对切割平面的向量值记为(xr,yr)。
如图3所示，直线刀补就是将线段的原有目标点E（x0,y0）减去刀具半径r与两线段夹角θ组成的刀补量（xr,yr），得到的坐标点E'（x0-xr,y0-yr）作为目标点；
如图3所示，将刀具半径r作为圆弧刀补轨迹的半径，而弧度大小就是两线段的夹角θ，同时，将θ分成N等分，每份就是Δθ，Δθ是根据系统补偿精度要求来确定的，将其作为每次刀补线段的最小补偿值按如下公式获得每一个补偿点：
sin(θ0+(n+1)*Δθ)=a*sin(θ0+n*Δθ)-b*cos(θ0+n*Δθ)（1）
cos(θ0+(n+1)*Δθ)=a*cos(θ0+n*Δθ)+b*sin(θ0+n*Δθ)（2）
xi=r*cos(θ0+(n+1)*Δθ)+x0 （3）
yi=r*sin(θ0+(n+1)*Δθ)+y0 （4）
其中a、b是自行确定的系数，该系数的提取是要根据精度要求的，且都不能大于1。切割中心点P先通过直线刀补运动到S'(x0+Δx,y0+Δy)，再经过N次补偿后切割中心点P运动到点S"(x0+xr,y0+yr)，再进行后续切割，这就是本发明中的圆弧刀补；
如图3所示，在切割过程中，抬刀时由于切割中心点P运动到结束点E(x0,y0)时要执行抬刀动作，而此时却没有将线段EE'切割完成，也就是说实际的切割点A还在切割平面的点(x0-xr,y0-yr)，所以需要采用直线刀补的方法将切割中心点P其移动到点E'(x0+xr,y0+yr)，这样A点才移动到坐标点(x0,y0)，再执行抬刀动作，真正完成切割轨迹；
如图3所示，在切割过程中，落刀时由于上一次抬刀时刀具处于一个角度α，而当前需要切割的线段的夹角为β，由于本发明使用的是自由转刀，无法通过控制实现刀具自动旋转到β，所以需要通过外力来使刀具转到β。首先将切割中心点P移动到点S(x0,y0)，使用直线刀补方法，再将切割中心点P移动到点S'(x0+Δx,y0+Δy)，此时执行落刀操作，落刀刀尖点为S(x0,y0)，等待落刀结束，继而使用圆弧刀补方法，将切割中心点P运行到点S"(x0+xr,y0+yr)，再执行直线切割动作；
如图4所示，在切割过程中，若当前线段与下一条线段的夹角小于某个角度θ时，本发明就采用转角刀补，实现刀具补偿。也就是说，切割当前直线时刀具处于一个角度α，而下一条需要切割的线段的夹角为β，所以这两条线段的夹角为θ。首先将切割中心点P移动到点S(x0,y0)，使用直线刀补方法，再将切割中心点P移动到点S'(x0+xr,y0+yr)，再使用圆弧刀补方法，将切割中心点P运行到点S"(x0+xr,y0+yr)，再执行直线切割动作；
如图5所示，在切割过程中，若切割材料比较厚且当前线段与下一条线段的夹角小于某个角度θ时，需要使用直线刀补、圆弧刀补与抬刀、落刀相结合的转角抬刀刀补来实现刀具补偿。切割当前直线时刀具处于一个角度α，而下一条需要切割的线段的夹角为β，所以这两条线段的夹角为θ。首先将切割中心点P移动到点S(x0,y0)，使用直线刀补方法，再将切割中心点P移动到点S'(x0+Δx,y0+Δy)，此时执行抬刀操作，等待抬刀结束，再将切割中心点P移动到点S"(x0+xr,y0+yr)，此时执行落刀操作，落刀刀尖点为O(x0-Δx,y0-Δy)，等待落刀结束，继而使用圆弧刀补方法，将切割中心点P运行到点S(x0,y0)，再执行直线切割动作。
Claims (7)
1.一种基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)在运行过程中，将绘图笔的中心点作为运行中心点，引入偏移量L，即在原有坐标点的基础上加上偏移量L，使得在切割过程中，切割中心点P为刀具的中心点，以便于切割过程中的路规划，使得切割出来的图形能够与笔的轨迹重合；
(2)再引入了刀具半径r，用于实现刀具补偿；
(3)所述刀具为自由转刀，切割过程的刀具补偿方式如下：
a、抬刀时使用到了直线刀补；
b、落刀时使用了直线刀补、圆弧刀补相结合；
c、若切割材料比较薄且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补与圆弧刀补相结合；
d、若切割材料比较厚且当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，需要使用直线刀补、圆弧刀补与抬刀、落刀相结合，偏移量L(Δx,Δy)，刀补量(xr,yr)，首先将切割中心点P移动到点S(x0,y0)，使用直线刀补方法，再将切割中心点P移动到点S'(x0+Δx,y0+Δy)，此时执行抬刀操作，等待抬刀结束，再将切割中心点P移动到点S"(x0+xr,y0+yr)，此时执行落刀操作，落刀刀尖点为O(x0-Δx,y0-Δy)，等待落刀结束，继而使用圆弧刀补方法，将切割中心点P运行到点S(x0,y0)，实现转角抬刀补偿。
2.如权利要求1所述的基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述步骤(1)中，当切割机运行到点(x0,y0)时，绘图笔的中心点C对应于切割平面的坐标就是(x0,y0)，而此时切割中心点P相对于切割平面的坐标是(x0-Δx,y0-Δy)，因此在原有坐标(x0,y0)的基础上加上偏移量L(Δx,Δy)，得到坐标(x0+Δx,y0+Δy)作为真正切割过程中的目标点。
3.如权利要求1或2所述的基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述直线刀补就是将线段的原有目标点E(x0,y0)减去刀具半径r与两线段夹角θ组成的刀补量(xr,yr)，其计算方法是：
xr＝r*cosα (1)
yr＝r*sinα (2)
其中α是当前直线相对于切割平面的夹角，得到的坐标点E'(x0-xr,y0-yr)作为目标点。
4.如权利要求1或2所述的基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述圆弧刀补中，将刀具半径r作为圆弧刀补轨迹的半径，而弧度大小就是两线段的夹角θ，同时，将θ分成N等分，每份就是Δθ，Δθ是根据系统补偿精度要求来确定的，将其作为每次刀补线段的最小补偿值按如下公式获得每一个补偿点：
sin(θ0+(n+1)*Δθ)＝a*sin(θ0+n*Δθ)-b*cos(θ0+n*Δθ) (3)
cos(θ0+(n+1)*Δθ)＝a*cos(θ0+n*Δθ)+b*sin(θ0+n*Δθ) (4)
xi＝r*cos(θ0+(n+1)*Δθ)+x0 (5)
yi＝r*sin(θ0+(n+1)*Δθ)+y0 (6)
其中a、b是自行确定的系数，该系数的提取是要根据精度要求的，且都不能大于1，切割中心点P先通过直线刀补从点S(x0,y0)运动到S'(x0+Δx,y0+Δy)，其中Δx、Δy分别为：
Δx＝r*cosθ (7)
Δy＝r*sinθ (8)再经过N次补偿后切割中心点P运动从点S'(x0+Δx,y0+Δy)到点S"(x0+xr,y0+yr)，再进行后续切割。
5.如权利要求1或2所述的基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中，抬刀时由于切割中心点P运动到原有目标点E(x0,y0)时要执行抬刀动作，需要采用直线刀补的方法将切割中心点P其移动到点E'(x0+xr,y0+yr)，实际的切割点A移动到坐标点(x0,y0)，再执行抬刀动作，实现抬刀补偿。
6.如权利要求1或2所述的基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中，落刀时首先将切割中心点P移动到点S(x0,y0)，使用直线刀补方法，再将切割中心点P移动到点S'(x0+Δx,y0+Δy)，此时执行落刀操作，落刀刀尖点为S(x0,y0)，等待落刀结束，继而使用圆弧刀补方法，将切割中心点P运行到点S"(x0+xr,y0+yr)，再执行直线切割动作，实现落刀补偿。
7.如权利要求1或2所述的基于平板切割机的刀具补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中，若当前线段与下一条线段的夹角小于预设角度θ时，首先将切割中心点P移动到点S(x0,y0)，使用直线刀补方法，再将切割中心点P移动到点S'(x0+Δx,y0+Δy)，再使用圆弧刀补方法，将切割中心点P运行到点S"(x0+xr,y0+yr)，实现转角补偿。
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