CN104875104B - 基于cad/cam技术的轮毂不规则曲面抛光方法 - Google Patents
基于cad/cam技术的轮毂不规则曲面抛光方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，包括以下步骤：1)基于不规则曲面的三维模型建立CAD抛光路径轨迹；2)对抛光路径轨迹进行插补计算获得路径数据集；3)对路径数据集的轨迹元素进行编辑获得加工数据集；4)对加工数据集的特定轨迹元素进行补偿获得抛光路径数据集；5)基于CAM后处理技术对抛光路径数据集进行处理，获得G代码文件，下载G代码文件到机器PLC/NC进行曲面抛光。本发明把CAD技术、机器示教、数据编辑功能以及CAM后处理技术结合起来形成互补，把机器示教融入到CAD绘制中进行曲线拟合，通过插补产生路径数据集来编辑路径数据，再经CAM后处理产生G代码来完成对不规则曲面的抛光任务，增强了系统的灵活性和使用性，提高了系统的性价比和加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮毂表面抛光的方法，具体涉及一种基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法。
背景技术
目前，轮毂表面的抛光加工是在五轴数控抛光机床上完成，数控抛光机床的主轴高速旋转带动布轮做高速旋转运动，当布轮外轮廓与轮毂表面相接触时，产生高速的摩擦对轮毂表面进行连续不断的打磨，完成抛光，获得很好的光泽效果。目前，抛光过程中布轮的行走轨迹一般都是应用机器人示教或通过UG、CATIA、Pro/Engineer、MasterCAM等标准软件来控制完成，其加工效率和性价比普遍低，同时使用时不能灵活变通，满足不了大多数企业的市场需求，有待于改进。
发明内容
为了解决背景技术中的不足，本发明的目的在于克服背景技术的缺陷，提供一种基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，提高加工效率和性价比、大大增强了系统的灵活性和使用性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)基于不规则曲面的三维模型建立三维CAD抛光路径轨迹；
2)对所述CAD抛光路径轨迹进行插补计算获得路径数据集；
3)对所述路径数据集的轨迹元素进行编辑获得加工数据集；
4)对所述加工数据集的特定轨迹元素进行补偿获得抛光路径数据集；
5)基于CAM后处理技术对所述抛光路径数据集进行后处理，获得G代码文件，下载所述G代码文件到机器PLC/NC进行曲面抛光。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤1)中建立三维CAD抛光路径轨迹的步骤为：
1.1)建立工件坐标系，在工件坐标系内导入DXF格式的不规则曲面三维模型；
1.2)在工件坐标系内对三维模型的轨迹段进行修改或者编辑；
1.3)建立加工坐标系，在加工坐标系内基于机器示教对不规则曲面的轨迹段进行路径点采集，获得示教点集(Xm、Ym、Cm、Am)，其中Xm为加工坐标系X轴值，Ym为加工坐标系Y轴值，Cm为绕Z轴旋转的加工坐标系C轴值，Am为绕X轴旋转的加工坐标系A轴值；
1.4)将加工坐标系内的示教点集基于坐标变换技术转换到工件坐标系内，在工件坐标系内基于曲线拟合的方法利用示教点集对三维模型的轨迹段进行拟合修正，获得不规则曲面的三维CAD抛光路径轨迹。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括在工件坐标系内能够对轨迹段进行设置，能够对路径进行规划。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤1.3)中的机器示教包括直线示教、圆弧示教、曲线示教，所述直线示教、圆弧示教、曲线示教产生的示教点集转换到工件坐标系后分别为直线、圆弧、曲线。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤1.4)中的曲线拟合方法包括最小二乘曲线拟合、三次样条插值曲线拟合。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤3)中编辑设置的轨迹元素至少包括A角的变化、针对A角的工件加工半径、砂轮抛光点的侧偏角。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤2)中的插补计算包括直线插补、圆弧插补、曲线插补。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤4)中对所述加工数据集的特定轨迹元素进行Y轴补偿获得抛光路径数据集；
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述特定轨迹元素为A角、砂轮抛光点侧偏角。
本发明的有益之处在于：本发明的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，把CAD技术、机器示教技术、数据编辑功能以及CAM后处理技术有机结合起来，形成互补，把机器示教融入到CAD绘制中进行曲线拟合，通过插补产生路径数据集来编辑路径数据，最后通过CAM后处理产生G代码的方法来完成对不规则曲面的抛光任务，大大增强了系统的灵活性和使用性，避免了对机器人的依赖以及UG、CATIA、MasterCAM等传统CAM的依赖，提高了系统的性价比和加工效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明优选实施例的流程框图；
图2是本发明的工件坐标系截面图；
图3是本发明的轨迹元素编辑设置的界面图；
图4是本发明的生成G代码文件的界面图
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
已知，抛光数控机床具有四轴和轮毂砂轮旋转主轴，其中，操作者面向抛光设备的左右方向为X轴，前后方向为Y轴，在XY平面饶Z轴旋转为C轴，砂轮饶X轴旋转为A轴；
机器示教就是用控制器通过按键一步一步地操纵机器人动作，形成轨迹并存储，存储后可以自动执行。
首先，编写CAD/CAM软件模块，形成如图2所示工件坐标系界面，能够实现DXF CAD文件的导入，同时支持手工绘制和编辑CAD轨迹元素，利用图标菜单功能以及鼠标在CAD视窗内绘制直线、圆、圆弧、最小二乘拟合曲线、三次样条插值拟合曲线，实现Zoom-In、Zoom-Out、UnDo、ReDo等图形编辑与缩放功能。
以及形成如图3所示的轨迹元素编辑设置界面，包括绘制线属性菜单、去_回重复加工菜单，能够实现对每一轨迹元素进行精确编辑设置的功能，其中，对A角的编辑设置包括：A始点角、A终点角、“去程”A开始值、“去程”A到达值、“回程”A开始值、“回程”A到达值、去_回往返不同路径的选择；对A轴加工半径的编辑和设置；对砂轮抛光点侧偏角Beta的编辑设置包括：Beta始点角、Beta终点角、“去程”Beta开始值、“去程”Beta到达值、“回程”Beta开始值、“回程”Beta到达值。
以及形成轨迹段设置菜单、路径规划菜单。
如图1所示，本发明提供一种基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，导入抛光数控机床中使用完成轮毂表面的高效率、高精确度抛光，具体包括以下步骤：
S1：在工件坐标系内导入DXF格式的不规则曲面三维模型，也可以在工件坐标系内直接手工绘制形成不规则曲面的三维模型；
S2：在工件坐标系内基于图标工具对三维模型的轨迹段进行修改或者编辑；
S3：建立加工坐标系，在加工坐标系内基于机器示教对不规则曲面的轨迹段进行路径点采集，获得示教点集(Xm、Ym、Cm、Am)，其中Xm为加工坐标系X轴值，Ym为加工坐标系Y轴值，Cm为绕Z轴旋转的加工坐标系C轴值，Am为绕X轴旋转的加工坐标系A轴值，机器示教包括直线示教、圆弧示教和曲线示教；
S4：将加工坐标系内的示教点集基于坐标变换技术转换到工件坐标系内，其中，加工坐标系内直线示教、圆弧示教、曲线示教产生的的示教点集坐标变换到工件坐标系内后分别成为在工件坐标系界面内可以直接引用的直线段、圆弧和曲线，在工件坐标系内基于曲线拟合的方法利用变换后的直线段、圆弧和曲线对三维模型的直线轨迹段、圆弧轨迹段和曲线轨迹段分别进行拟合修正，获得不规则曲面的三维CAD抛光路径轨迹；
本发明优选采用最小二乘曲线拟合方法和/或三次样条插值曲线拟合方法进行拟合修正。通过不间断的试验得出，最小二乘曲线拟合方法拟合后能够得到很强的平滑性，这在CAM中计算出来的C角变化曲线更加连续平稳，适合曲线曲率变化大的情况使用，但最小二乘曲线拟合方法要求X采样点必须单调增加或减少，且拟合曲线采样点的X、Y值和实际值有一些误差；
而三次样条插值曲线拟合方法可以弥补最小二乘曲线拟合方法的这两个缺点，但三次样条插值曲线拟合方法只能保证三次平滑，有时会导致曲率变化剧烈，C角变化过于激烈，适合曲线变化平缓，对采样点的误差要求精确的情况适用。本发明通过两种方法相互配合使用，能够精准的拟合路径轨迹。
S5：在工件坐标系界面通过轨迹段设置菜单设置各轨迹段的A角和Beta角的参数，CAM根据这一设置的参数基于插补计算获得不同A角和Beta角变化的来回抛光轨迹，然后再结合要抛光的轨迹段集合产生的路径规划产生全部需要的抛光轨迹的路径数据集；
其中直线轨迹段采用直线插补计算、圆弧轨迹段采用圆弧插补计算、曲线轨迹段采用曲线插补计算；
S6：在工件坐标系界面上对路径数据集的轨迹元素进行编辑调整获得加工数据集；可以在工件坐标系界面内对任一轨迹元素进行编辑设置，如图3所示包括A角的变化编辑、Beta角的变化编辑、A角的加工半径编辑，编辑包括添加数据、修改数据、删除数据、添加不同A角变化的往复加工路径。
其中，在实际加工抛光过程中，针对Z轴为凹凸不平或圆弧曲线，需要可以绕着X轴旋转的抛光砂轮摆动(即A轴旋转)来适应这些变化，也就是适时的调整A角、Beta角，同时Y轴需要随着A的变化来调整其位置进行补偿使抛光件能贴在不断倾斜的砂轮上面，从而实现Z轴曲率变化的抛光。为了避免砂轮抛光干涉，需要根据抛光件的形状、曲率来调整砂轮抛光点(即Beta角的设置)。
S7：对加工数据集的特定轨迹元素进行补偿获得抛光路径数据集；
具体的，对加工数据集的A角、砂轮抛光点侧偏角进行Y轴补偿获得抛光路径数据集，Y轴补偿保证抛光件表面适度贴在不断倾斜的砂轮上面，保证抛光进给度一致，提高抛光精度和质量。
S8：将工件坐标系内的抛光路径数据集坐标转换到加工坐标系上，然后在加工坐标系上基于CAM后处理技术对抛光路径数据集进行后处理，获得G代码文件，如图4所示，下载G代码文件到机器PLC/NC进行曲面抛光。
至此，本发明的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，把CAD技术、机器示教技术、数据编辑功能以及CAM后处理技术有机结合起来形成互补，把机器示教融入到CAD绘制中进行曲线拟合，通过插补产生路径数据集来编辑路径数据，最后通过CAM后处理产生G代码的方法来完成对不规则曲面的抛光任务，大大增强了系统的灵活性和使用性，避免了对机器人的一来以及UG、CATIA、MasterCAM等传统CAM的依赖，提高了系统的性价比和加工效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于CAD/CAM 技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：包括以下步骤：1)基于不规则曲面的三维模型建立三维CAD抛光路径轨迹；
2) 对所述CAD抛光路径轨迹进行插补计算获得路径数据集；
3) 对所述路径数据集的轨迹元素进行编辑获得加工数据集；
4) 对所述加工数据集的特定轨迹元素进行补偿获得抛光路径数据集；
5) 基于CAM后处理技术对所述抛光路径数据集进行后处理，获得G代码文件，下载所述G代码文件到机器PLC/NC进行曲面抛光；
所述步骤1) 中建立三维CAD抛光路径轨迹的步骤为：
1.1) 建立工件坐标系,在工件坐标系内导入DXF格式的不规则曲面三维模型；
1.2) 在工件坐标系内对三维模型的轨迹段进行修改或者编辑；
1.3) 建立加工坐标系,在加工坐标系内基于机器示教对不规则曲面的轨迹段进行路径点采集，获得示教点集(Xm、Ym、Cm、Am),其中Xm为加工坐标系X轴值，Ym为加工坐标系Y轴值，Cm为绕Z轴旋转的加工坐标系C轴值，Am为绕X轴旋转的加工坐标系A轴值；
1.4)将加工坐标系内的示教点集基于坐标变换技术转换到工件坐标系内，在工件坐标系内基于曲线拟合的方法利用示教点集对三维模型的轨迹段进行拟合修正，获得不规则曲面的三维CAD抛光路径轨迹。
2.根据权利要求1所述的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：在工件坐标系内能够对轨迹段进行设置,能够对路径进行规划。
3.根据权利要求1所述的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：步骤1.3) 中的机器示教包括直线示教、圆弧示教、曲线示教,所述直线示教、圆弧示教、曲线示教产生的示教点集转换到工件坐标系后分别为直线、圆弧、曲线。
4.根据权利要求1所述的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：步骤1.4)中的曲线拟合方法包括最小二乘曲线拟合、三次样条插值曲线拟合。
5.根据权利要求1所述的基于CAD/ CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：步骤3)中编辑设置的轨迹元素至少包括A角的变化、针对A角的工件加工半径、砂轮抛光点的侧偏角。
6.根据权利要求1所述的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：步骤2)中的插补计算包括直线插补、圆弧插补、曲线插补。
7.根据权利要求1所述的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：步骤4)中对所述加工数据集的特定轨迹元素进行Y轴补偿获得抛光路径数据集。
8.根据权利要求7所述的基于CAD/CAM技术的轮毂不规则曲面抛光方法，其特征在于：所述特定轨迹元素为A角、砂轮抛光点侧偏角。
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