CN103317541B - 一种基于平板切割机的刀具补偿方法 - Google Patents

一种基于平板切割机的刀具补偿方法 Download PDF

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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

一种基于平板切割机的刀具补偿方法
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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