CN105807719B - 用于复合加工的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于复合加工的方法和设备。计算机启用的方法和设备(102)通过借助于用户接口(150)的菜单经由加工图案的选择或指定及工具轴方位的选择或指定处理加工图案(410)和工具轴方位(430)的多种组合，来考虑机器指令(121)生成的现成配置。

Description

用于复合加工的方法和设备
本申请是申请日为2009年1月7日，申请号为200980107730.9，发明名称为“用于复合加工的方法和设备”的申请的分案申请。
技术领域
本发明在它的几种实施方式中通常涉及用于计算机辅助制造(CAM)的工具路径轨迹规划，并且更具体地涉及设置对用于车间加工的多轴机床工具的计算机数控(CNC)的编程的由用户接口做出的定义。
背景技术
计算机辅助制造(CAM)软件系统用于给计算机数控(CNC)机床工具编程，CNC机床工具用在机械加工车间中用于分立部件例如模具、冲模、工具、原型、航天航空组件等的生产。在现代机械加工车间中有应用同时的五轴机床工具的增长的趋势，五轴机床工具有与两轴(A、B)旋转运动结合的三轴线性(X、Y、Z)运动的能力。在该类型的机床中，在加工过程期间，切割工具和工件在如CNC程序所描述的相对于彼此的五轴上同时移动。
生成CNC程序以控制这些五轴机床工具的运动—一种完全地运用全部五个轴的运动—是有挑战性的，因为这种应用呈现实际上可能在数学和技术上的复杂性。
用于给五轴机床工具编程的CAM系统对于要操作的用户应该是容易的，并且应该产生无错误的CNC程序。在CNC程序中的任何小的错误将导致对工件、切割工具和/或机床工具本身的昂贵的和/或不可挽回的损坏。当被执行时，现有技术五轴CAM软件包含许多特定的加工循环，其中，在努力使加工循环对于用户是可理解的过程中，每个循环包含较少数量的操作。也就是说，在五轴CAM软件中当前技术发展水平提供给用户由带有单个或少量方位的单个或少量图案组成的加工循环。图案和方位的每个组合通常呈现为新的加工循环。由于有限数量的使用，有限数量的选择导致那些加工循环是不可改变的。另外，为了涵盖多种所需的加工，特定的加工循环的数量导致每个独立的加工循环的执行的详细步骤的复制。从所体现的CAM步骤的观点来看，加工循环的增长经常以重复的需要指数地增加努力以体现步骤并通过机器可读代码和用户接口维持用于执行的内部步骤。大量的内部步骤和其维持可以起作用以尽力保持CAM步骤的可靠性。
发明公开
本发明的计算机启用的方法和设备通过例如借助于用户接口的单独的菜单经由加工图案的选择或指定及工具轴方位的选择或指定例如处理加工图案和工具轴方位的多种组合，来考虑用于机器指令生成的现成配置。本发明在它的几种实施方式中包括对操作的工具位置规划的计算机启用的方法，这些操作将根据所述工具位置规划由加工站的加工工具在工件上执行，所述方法包括：(a)接收加工图案；(b)以任一出现顺序接收工具轴方位；(c)基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位确定工具位置规划；以及(d)输出所述工具位置规划作为一个或多个机器指令。在计算机启用的方法的一些示例性实施方式中，加工图案可以基于来自包括多个加工图案的第一菜单的用户选择。在计算机启用的方法的一些示例性实施方式中，工具轴方位可以基于来自包括多个工具轴方位的第二菜单的用户选择。在计算机启用的方法的一些示例性实施方式中，在接收工具轴方位的步骤之前，可以有限定加工工具轴相对于所述工件的方位的步骤。在计算机启用的方法的一些示例性实施方式中，在接收加工图案的步骤之前，可以有确定待加工的所述工件的区域的步骤。在计算机启用的方法的一些示例性实施方式中，在基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位确定工具位置规划的步骤之前，可以有限定对下列操作中的至少一个的一个或多个规则的步骤，(i)接近所述工件；(ii)离开所述工件；以及(iii)连接待加工的所述工件的限定的区域的两个或多个子区域。在计算机启用的方法的一些示例性实施方式中，在输出所述工具位置规划作为一个或多个机器指令的步骤之前，可以有将下列项中的至少一个转换成一个或多个机器指令的步骤：(i)待加工的所述工件的限定的区域；(ii)接收到的加工图案；(iii)接收到的工具方位；以及(iv)用于接近所述工件、离开所述工件以及连接待加工的所述工件的限定的区域的两个或多个子区域的限定的规则中的至少一个。
本发明在它的几种实施方式中还包括用于生成对加工工具的指令的设备，所述设备包括：(a)用于接收加工图案的第一接收器或输入装置；(b)用于接收工具轴方位的第二接收器或输入装置，其中所述第一接收器和第二接收器可以体现为一个接收器，如接收模块；(c)具有可寻址存储器的处理模块，所述处理模块配置成执行一个或多个指令以基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位确定工具位置规划；以及(d)用于输出所述工具位置规划作为一个或多个机器指令的发送器或装置。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，用于接收加工图案的输入装置可以是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，用于接收工具轴方位的接收器或输入装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，用于输出工具位置规划的接收装置的接收器或输入装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信发送器；记忆存储器的记录器；以及便携式媒体的记录器。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，所述设备还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单接收用户选择的用户接口。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，所述设备还包括适合于从包括多个工具轴方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，所述设备还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单和从包括多个工具轴方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，所述设备还包括用于接收工件区域限定的接收器或输入装置，其中用于接收工件区域限定的所述输入装置是下列项的至少一个：用户接口，电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。在用于生成对加工工具的指令的设备的一些实施方式中，所述设备可以进一步适合于基于接收到的加工图案、接收到的工具轴方位及待加工的限定的工件区域来确定工具位置规划。用于生成指令的设备可以包括接收模块，其中所述接收模块包括加工图案接收器和工具轴接收器。
本发明的实施方式还包括以下内容：
(1)一种用于生成对加工工具的指令的设备，所述设备包括：
用于接收加工图案的输入装置；
用于接收工具轴方位的输入装置；
具有可寻址存储器的处理模块，所述处理模块适合于基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位来确定工具位置规划；以及
用于输出所述工具位置规划作为一个或多个机器指令的装置。
(2)如项目(1)所述的设备，其中用于接收加工图案的所述输入装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。
(3)如项目(1)所述的设备，其中用于接收工具轴方位的所述输入装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。
(4)如项目(1)所述的设备，其中用于输出所述工具位置规划的所述装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信发送器；记忆存储器的记录器；以及便携式媒体的记录器。
(5)如项目(1)所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单接收用户选择的用户接口。
(6)如项目(1)所述的设备，还包括适合于从包括多个工具轴方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。
(7)如项目(1)所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单和从包括多个工具轴方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。
(8)如项目(1)所述的设备，还包括用于接收工件区域限定的输入装置，其中用于接收工件区域限定的所述输入装置是下列项中的至少一个：用户接口，电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。
(9)如项目(1)所述的设备，其中所述处理模块还适合于基于接收到的加工图案、接收到的工具轴方位及待加工的限定的工件区域来确定工具位置规划。
(10)一种对操作的工具位置规划的机器启用的方法，所述操作根据所述工具位置规划由加工站的加工工具在工件上执行，所述方法包括：
通过物理计算设备接收加工图案并且接收工具轴方位；以及
由所述物理计算设备基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位来确定工具位置规划。
(11)如项目(10)所述的机器启用的方法，其中所述加工图案基于来自包括多个加工图案的第一菜单的用户选择。
(12)如项目(10)所述的机器启用的方法，其中所述工具轴方位基于来自包括多个工具轴方位的第二菜单的用户选择。
(13)如项目(10)所述的机器启用的方法，还包括在接收工具轴方位的步骤之前限定加工工具轴相对于所述工件的方位的步骤。
(14)如项目(10)所述的机器启用的方法，还包括在接收加工图案的步骤之前确定待加工的所述工件的区域的步骤。
(15)如项目(14)所述的机器启用的方法，还包括在基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位来确定工具位置规划的步骤之前限定对下列操作中的至少一个的一个或多个规则的步骤：(a)接近所述工件；(b)离开所述工件；以及(c)连接待加工的所述工件的限定的区域的两个或更多个子区域。
(16)如项目(15)所述的机器启用的方法，还包括将下列项中的至少一个转换成一个或多个机器指令的步骤：(a)待加工的所述工件的限定的区域；(b)接收到的加工图案；(c)接收到的工具方位；以及(d)用于接近所述工件、离开所述工件以及连接待加工的所述工件的限定的区域的两个或更多个子区域的限定的规则中的至少一个。
(17)如项目(10)所述的机器启用的方法，还包括输出所述工具位置规划作为一个或多个机器指令。
(18)一种用于生成对加工工具的指令的设备，所述设备包括：
加工图案接收器；
工具轴方位接收器；
具有可寻址存储器的处理模块，所述处理模块配置成执行一个或多个指令以基于接收到的加工图案和接收到的工具轴方位来确定工具位置规划；以及
用于输出所述工具位置规划作为一个或多个机器指令的发送器。
(19)如项目(18)所述的设备，其中所述加工图案接收器是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。
(20)如项目(18)所述的设备，其中所述工具轴方位接收器是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。
(21)如项目(18)所述的设备，其中用于输出所述工具位置规划的发送器是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信发送器；记忆存储器的记录器；以及便携式媒体的记录器。
(22)如项目(18)所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单接收用户选择的用户接口。
(23)如项目(18)所述的设备，还包括适合于从包括多个工具轴方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。
(24)如项目(18)所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单和从包括多个工具轴方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。
(25)如项目(18)所述的设备，还包括工件区域限定接收器，其中所述工件区域限定接收器是下列项中的至少一个：用户接口，电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器；以及便携式媒体的读出器。
(26)如项目(18)所述的设备，其中所述处理模块还适合于基于接收到的加工图案、接收到的工具轴方位及待加工的限定的工件区域来确定工具位置规划。
(27)如项目(18)所述的设备，其中所述设备包括接收模块，所述接收模块包括所述加工图案接收器和所述工具轴接收器。
附图简要说明
为了本发明的更加彻底的理解，现在对结合附图理解的下面的描述进行参考，其中：
图1为本发明的系统实施方式的顶层功能方框图；
图2为本发明的示例性方法实施方式的顶层流程图；
图3A和图3B一起是本发明的示例性方法实施方式的顶层流程图；
图4是本发明的示例性实施方式的一部分的示例性功能方框图；以及
图5A和图5B一起是本发明的示例性方法实施方式的顶层流程图。
具体实施方式
本发明在它的几个实施方式中包括计算机辅助制造系统100，如在图1中的功能方框图中所示出的，其中系统包括加工装置130以及包含数字代码生成器120和规划模块110的物理计算设备102，其中规划模块可以包括中央处理单元和可寻址存储器。可寻址存储器可以包括可存储一个或多个数据库的元素的一个或多个记忆存储器。规划模块110具有处理模块，并且数字代码生成器120可以是独立的处理模块或可以体现为由规划模块的处理模块执行的计算机执行指令。加工装置130可以提供加工工具或切割工具，并且可以根据由数字代码生成器120提供的指令再定切割工具相对于工件的方位。切割工具的位置可以在三个绝对位置(即，XYZ)和两个旋转位置(即，A－关于X的旋转位置和B－关于Y的旋转位置)上表示。数字代码生成器可以响应于规划模块110的输出。规划模块可以访问一个或多个数据库140，数据库140包括下列项的基于计算机的模型：(a)待加工的工件的区域141；(b)可以被应用于加工所述工件的图案142；(c)表示加工装置130的切割工具和工件之间的相对方位143的关系；以及(d)辅助运动144，其可以包括：(1)用于接近工件的指令；(2)用于离开工件的指令；以及(3)连接加工子区域的运动的指令。经由用户接口150，系统100的用户可以从数据库140选择文件或对象用于由规划模块110应用来生成可以例如是G－代码的数字代码121。加工装置130然后可以接收G－代码并且执行编码的指令以驱动加工工具。例如，设备可以具有适合于从第一菜单151接收用户选择的用户接口150，第一菜单151可以是触摸屏或显示器和指示设备，其中第一菜单151包括多个加工图案，并且设备可以具有适合于从第二菜单152接收的用户接口150，第二菜单152可以经由同一触摸屏或显示器和指示设备如第一菜单151一样被显示，或经由分开的触摸屏或显示器和指示设备被显示，其中第二菜单152包括多个工具轴方位。
本发明在它的几个实施方式中包括五轴加工的示例性方法，如在图2的顶层流程图中所示出的，其中复合加工循环包括规划或编程过程，规划或编程过程包括接着后面可以是CN编码的四个步骤。五轴复合加工的示例性的四个规划步骤包括：(a)限定或选择待加工的工件的区域(步骤210)；(b)选择当加工所选择的区域时应用的图案(步骤220)；(c)限定在切割工具和工件之间的关系的方位(步骤230)；以及(d)限定辅助运动(步骤240)，辅助运动可以包括：(1)接近工件；(2)离开工件；以及(3)连接加工子区域的运动。此后，方法可以包括生成CNC代码的步骤(步骤250)。
另一方法实施方式可以在图3A和3B的顶层流程图中被描述。示例性的步骤包括：通过经由限定的一组表面限定所选择的区域来选择用于加工的区域(步骤310)；选择对曲线的图案的生成方法(步骤320)；选择用于沿着曲线驱动工具轴方向的规则(步骤330)；选择在工具路径的单次切割之间的横向增量(步骤340)；对于每组切割，选择接近、在开始时分离及在结束时分离的类型(步骤350)；选择在工具路径的较大部分之间的连接的类型(步骤360)；选择异常事件响应(步骤370)；以及确定工具路径(步骤380)。
在图4中所示的是本发明的实施方式的曲线图案数据库的内容和使用的示例性功能方框图。在待加工的区域上生成曲线的图案410的多个规则可以被用于建立曲线图案数据库420，并且曲线图案数据库可以连同沿着曲线的点限定加工工具轴方向的规则430一起被参考。示例性曲线生成方法包括：(a)等参内插法；(b)驱动表面等参的投影；(c)与一组平面的交叉；以及(d)从所限定的或给定的轮廓的偏移。包括曲线图案数据库的曲线图案数据可以被表示成：(a)在XYZ中的点；(b)相关性的表面；(c)垂直于所属表面的向量；以及到表面上的UV－映射，其中U＝f1(x,y,z)和V＝f2(x,y,z)。沿着曲线图案的点限定方向的工具轴的示例性规则可以包括：(a)垂直于驱动表面或垂直于被加工的表面的方向；(b)通过固定点或通过给定曲线的点的方向；以及(c)平行于给定的固定向量的方向。
图5A和5B以顶层流程图的形式示出复合加工方法的例子，其中可以选择用于加工的完整工件(步骤510)，可以选择包括与工件表面相交的一系列平面的曲线图案(步骤520)，每个平面垂直于给定的曲线，方向的工具轴可以被选择为垂直于待加工的工件的表面(步骤530)，在单次切割之间或工作进给链路之间的横向增量可以被选择为流畅的立方链路(步骤540)；接近和离开被选择为关于径向或辐射式的运动(步骤550)；以及在工具路径的较大部分之间的连接可以被选择为快速链路，其在该例子中可以关于X－轴是径向的(步骤560)。以完整的规划，可以确定工具路径(步骤580)。
使用该复合加工方法，用于加工具有多个加工循环的部件的许多不同方法可以被压缩到一个复合加工功能中。从CAM系统开发的观点来看，实现这种复合功能意味着建立每个单独的方位和每个单独的图案作为可以被互换地使用的对象。因为任何单独的对象被清除了寄生依赖性并且在软件体中仅出现一次，这个可互换的对象方法提供高可靠性等级。
五轴复合加工循环的方法使用于图案的选择(即，一般在数量上比技术现状多的选择)的一组选择对于用户可用，并且使与一般在数量上比技术现状大的方位的选择的范围结合的图案选择可用。相应地，通过选择图案和方位的组合，用户可以容易并可靠地设置五轴加工循环。例如，如果对图案的可用的选择的数量为6个，并且对方位的可用的选择为6个，那么用户可以从36个组合方式选择以加工部件。从CAM系统开发的观点来看，在该例子中，增加一种对于方位装置的新的选择，该方位装置自动具有6个新的和不同的加工循环—对每个现有的图案有一个加工循环。
本领域的普通技术人员还将认识到，在此所描述的模块和功能可以被进一步细分、组合和/或改变，然而仍然在本发明的实施方式的精神中。另外，虽然本发明的许多变形已经被详细示出并描述，但是基于本公开在本发明的范围内的其他修改对于本领域的普通技术人员是容易明显的，例如，在此所描述的示例性的流程图或过程可以被修改和改变，然而仍然在本发明的精神中。还设想，实施方式的特定特征和方面的多种组合或子组合可以产生并且仍然落在本发明的范围内。相应地，应理解，为了形成所公开的发明的变化模式，所公开的实施方式的多种特征和方面可以彼此组合或代替彼此。因此，意图是在此公开的本发明的范围不应被具体的公开的上述实施方式限制。

Claims (18)

1.一种确定五轴操作的序列的计算机启用的方法，所述五轴操作将由加工站的切割工具在工件上执行，其特征在于，所述方法包括：
接收加工图案；
限定所述切割工具的轴关于所述工件的方位；
接收所述切割工具的轴中的至少一个的方位；
限定对下列操作中的至少一个的一个或多个规则：(a)接近所述工件；(b)离开所述工件；以及(c)连接待加工的所述工件的所确定的区域的两个或更多个子区域；
确定具有五轴操作的所述切割工具的运动的序列，该确定是基于接收到的加工图案和接收到的所述切割工具的轴中的至少一个的方位的组合，其中所确定的所述切割工具的运动的序列是所述切割工具的一组运动的成员并且所述切割工具的所述一组运动是基于将每个接收到的加工图案和每个接收到的所述切割工具的轴中的至少一个的方位建立为待被互换地使用的对象；以及
将下列项中的至少一个转换成一个或多个机器指令：(a)待加工的所述工件的所确定的区域；(b)所述加工图案；(c)接收到的所述切割工具的轴中的至少一个的方位；以及(d)用于接近所述工件、离开所述工件以及连接待加工的所述工件的区域的两个或更多个子区域的限定的规则中的至少一个。
2.如权利要求1所述的计算机启用的方法，其中所述加工图案基于来自包括多个加工图案的第一菜单的用户选择。
3.如权利要求1所述的计算机启用的方法，其中所述切割工具的轴中的至少一个的方位基于来自包括所述切割工具的多个方位的第二菜单的用户选择。
4.如权利要求1所述的计算机启用的方法，还包括输出所述切割工具的所述运动的序列作为一个或多个机器指令。
5.如权利要求1所述的计算机启用的方法，其中所述加工图案基于来自包括多个加工图案的第一菜单的用户选择，以及其中所述切割工具的一组运动的序列包括可用加工图案的总数和所述切割工具的轴的可用方位的总数的乘积。
6.一种用于生成对切割工具的指令的设备，其特征在于，所述设备包括：
用于接收加工图案的输入装置；
用于接收工具轴方位的输入装置；
具有可寻址存储器的处理模块，所述处理模块适合于确定具有五轴操作的所述切割工具的运动的序列，该确定是基于接收到的加工图案和接收到的轴的方位的组合，其中所确定的所述切割工具的运动的序列是所述切割工具的一组运动的序列的成员并且所述切割工具的所述一组运动的序列是基于将每个接收到的加工图案和每个接收到的所述切割工具的轴中的至少一个的方位建立为待被互换地使用的对象。
7.如权利要求6所述的设备，还包括用于输出所确定的所述切割工具的运动的序列作为一个或多个机器指令的装置。
8.如权利要求6所述的设备，其中用于接收所述加工图案的所述输入装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器以及便携式媒体的读出器。
9.如权利要求6所述的设备，其中用于接收所述切割工具的轴的方位的所述输入装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器以及便携式媒体的读出器。
10.如权利要求7所述的设备，其中用于输出所确定的所述切割工具的运动的序列的所述装置是下列项中的至少一个：电通信装置；无线通信发送器；记忆存储器的记录器；以及便携式媒体的记录器。
11.如权利要求6所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单接收用户选择的用户接口。
12.如权利要求6所述的设备，还包括适合于从包括所述切割工具的轴的多个方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。
13.如权利要求6所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单和从包括所述切割工具的轴的多个方位的第二菜单接收用户选择的用户接口。
14.如权利要求6所述的设备，还包括用于接收工件区域限定的输入装置，其中用于接收所述工件区域限定的所述输入装置是下列项中的至少一个：用户接口；电通信装置；无线通信接收器；记忆存储器的读出器以及便携式媒体的读出器。
15.如权利要求6所述的设备，其中所述处理模块还适合于基于接收到的加工图案、接收到的所述切割工具的轴的方位及待加工的限定的工件区域来确定所述切割工具的所述运动的序列。
16.如权利要求6所述的设备，还包括适合于从包括多个加工图案的第一菜单接收用户选择的用户接口，以及其中所述切割工具的所述一组运动的序列包括可用加工图案的总数和所述切割工具的轴的可用方位的总数的乘积。
17.一种基于加工图案以用于切割工具的五轴操作的切割工具轴方位规则使用用于复合加工的设备的方法，其特征在于，所述方法包括：
经由所述设备的用户接口，从加工图案的一组可用选择中选择；
经由所述设备的所述用户接口，从方位的一组可用选择中选择；以及
接收所选的加工图案和所选的工具轴方位以确定所述切割工具的运动的序列，其中在所述切割工具的五轴操作中，所确定的所述切割工具的运动的序列是所述切割工具的一组运动的序列的成员并且所述切割工具的所述一组运动是基于将每个接收到的所选的加工图案和每个接收到的所选的所述切割工具的轴中的至少一个的方位建立为待被互换地使用的对象。
18.如权利要求17所述的基于加工图案以用于切割工具的五轴操作的切割工具轴方位规则使用用于复合加工的设备的方法，其中所述切割工具的所述一组运动的序列包括可用加工图案的总数和所述切割工具的轴的可用方位的总数的乘积。
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