CN106292540B - 路径转换系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种路径转换系统，应用于一电子装置上，路径转换系统包括：参数设定模块，用于响应用户在一电子装置的输入单元的输入操作得出相应的参数；读取转换模块，用于从一电子装置的存储单元中读取第一NC代码，并转换成对应的包含有多列第一子加工路径的第一加工路径；运算模块，用于在每一第一子加工路径上计算出若干第一路径点，并能够计算出正交于若干第一路径点，且相对若干个第一路径点偏移一预设值的若干第二路径点；及计算出正交于每一第一子加工路径上的坐标点，且相对坐标点偏移一预设值的第二路径点；及将计算出的第二路径点依次连接以形成一第二加工路径；读取转换模块还用于将第二加工路径转换成对应的第二NC代码。

Description

路径转换系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种路径转换系统及其转换方法，尤其涉及一种能够将一般的NC码转换成对被加工工件表面拉丝形成发丝、波浪等纹理的NC码的路径转换系统及其控制方法。

背景技术

CAM(Computer Aid Manufacture)是指在CNC加工时，将待加工工件的CAD档导入CAM(如UG)，并通过CAM产生对应的NC代码，以用来控制CNC铣削路径，NC代码即代表刀具路径。传统的CNC加工一般采用单向或往复的加工路径，且能快速加工出表面较平滑的工件。然而，当需加工出表面有拉丝、波浪等纹理效果的工件时，还需对表面较平滑的工件进行腐蚀咬花、砂纸砂轮摩擦或镭射雕刻等方式的再次加工，以加工出表面具有花纹效果的工件。现有的加工方法并不能一次性加工出表面具有花纹的工件，工作效率较低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够将一般的NC码转换成对被加工工件表面拉丝形成发丝、波浪等纹理的NC码的路径转换系统及其控制方法。

一种路径转换系统，其应用于一电子装置上，该路径转换系统包括：参数设定模块，用于响应用户在一该电子装置的输入单元的输入操作得出相应的参数；读取转换模块，用于从一该电子装置的存储单元中读取一第一NC代码，并转换成对应的包含有多列第一子加工路径的第一加工路径；运算模块，用于根据从该存储单元中存储的公式及所述参数计算出一余弦公式，并计算出位于所述余弦公式对应的余弦波上的若干虚拟路径点(Mj)，根据若干所述虚拟路径点(Mj)计算在每一该第一子加工路径上的若干第一路径点(Pj)，并计算出正交于该若干第一路径点(Pj)，且相对该若干个第一路径点(Pj)偏移一预设值(h)的若干第二路径点(Nj)；及计算出正交于每一该第一子加工路径上的坐标点(Pnc)，且相对该坐标点(Pnc)偏移一预设值(h’)的第二路径点(Nnc)；及将计算出的第二路径点(Nj、Nnc)依次连接以形成一第二加工路径；该读取转换模块还用于将该第二加工路径转换成对应的第二NC代码。

一种路径转换控制方法，其应用于一电子装置上，该路径转换控制方法包括步骤：从一该电子装置的存储单元中读取一第一NC代码，并转换成对应的包含有多列第一子加工路径的第一加工路径；响应用户在一该电子装置的输入单元的输入操作得出相应的参数；根据所述参数计算一余弦公式，并计算出位于所述余弦公式对应的余弦波上的若干虚拟路径点(Mj)，根据若干所述虚拟路径点(Mj)计算出每一该第一子加工路径上的若干第一路径点(Pj)，并计算出正交于该若干第一路径点(Pj)，且相对该若干个第一路径点(Pj)偏移一预设值(h)的若干第二路径点(Nj)；计算出正交于每一该第一加工路径上的坐标点(Pnc)，且相对该坐标点(Pnc)偏移一预设值(h’)的第二路径点(Nnc)；将计算出的第二路径点(Nj、Nnc)依次连接，以形成一第二加工路径；将该第二加工路径转换成对应的第二NC代码。

本发明的路径转换系统，对第一加工路径进行余弦式的偏移得出第二加工路径，可使采用NC代码加工的机床一次性加工出表面具有纹理的工件，提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的路径转换系统的模块示意图。

图2为包含图1所示路径转换系统的电子装置的模块示意图。

图3为一CAM软体读取一CAD档后得到的一加工路径示意图。

图4为公式(1-1)对应的余弦波及若干虚拟路径点的示意图。

图5为第一子加工路径L1、第一路径点Pj和第二路径点Nj的示意图。

图6为路径转换系统将第一路径点Pj和Pj+1之间的曲线分成许多小段的示意图。

图7为图5所示的第一路径点Pj+1和Nj+1之间的关系的示意图。

图8为运算模块计算出的与坐标点Pnc对应的第二路径点Nnc的示意图。

图9为坐标点Pnc与对应的第二路径点Nnc之间的关系的示意图。

图10为本发明一实施方式的路径转换控制方法的流程图。

主要元件符号说明

路径转换系统	100
		参数设定模块	110
读取转换模块	120
		运算模块	130
电子装置	200
		输入单元	210
存储单元	220
		处理单元	230
第一加工路径	L0
		第一加工起始点	Pstart
第一加工结束点	Pend
		第一子加工路径	L1
坐标点	Pnc
		第二加工路径	L0’
余弦波	Lcos
		虚拟路径点	M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6
第一子加工起始点	P0
		第一子加工结束点	Pe
第一路径点	P1、P2、P3、P4、P5、P6
		第二路径点	N1、N2、N3、N4、N5、N6、Nnc

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明一实施方式中的路径转换系统100的模块示意图。该路径转换系统100可应用于如图2所示的电子装置200上，并与CAM软体，如UG、CATIA等配合使用，用以将该CAM软体读取一CAD档后生成的第一NC代码转换成可对一工件表面拉丝形成发丝、波浪等纹理的第二NC代码。

可理解，一装置于一加工机床上的数控系统可将上述第一NC代码或第二NC代码转换成数控系统识别的数据信息，并根据该数据信息使刀具执行一对应的加工路径，以将上述工件加工成如CAD档的图形，且每一组NC代码对应一加工路径。

请参阅图3，图3为通过上述CAM软体读取一CAD档后得到的一在XYZ坐标系里的第一NC代码对应的第一加工路径L0。第一加工路径L0包括第一加工起始点Pstart和第一加工结束点Pend，该第一加工路径L0为从第一加工起始点Pstart开始，沿X方向往返并沿Y方向偏移，在第一加工结束点Pend结束多列加工行程。该第一加工路径L0由多列第一子加工路径L1组合而成，其中，各第一子加工路径L1的形状可以不一致，其可为如图3所示的直线状，也可为如图5所示的在Z方向的偏移状。可理解，第一子加工路径L1的形状与上述工件被加工的形状有关。

需要说明的是，NC代码对应的加工路径是由许多个坐标点Pnc依次通过直线连接构成。故，若NC代码对应的加工路径存在直线，则该直线是由两个坐标点Pnc连接构成；若NC代码对应的加工路径存在曲线，则该曲线是由许多个坐标点Pnc连接构成。

路径转换系统100可用于对第一加工路径L0的第一子加工路径L1，进行逐列转换，以形成一第二加工路径L0’。

电子装置200包括输入单元210、存储单元220和处理单元230。

存储单元220内存储有一余弦公式(1-1)，其表达式如下：

Z＝H·cos(L·X+D) (1-1)

上述公式(1)中的H、L和D分别可通过输入单元210设置。

存储单元220内还存储有一关于X轴坐标值的公式(1-2)，其表达式如下：

X-(π/L×n±π/4L)，n∈N (1-2)

路径转换系统100包括参数设定模块110、读取转换模块120和运算模块130。在一实施方式中，该参数设定模块110、读取转换模块120和运算模块130为存储于该电子装置200的存储单元220中的，能够被该电子装置200的处理单元230所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序指令段。在其他实施方式中，该路径转换系统100的多个模块为固化于处理单元230中的硬件单元，例如为固化于处理单元230的韧体。其中，所述存储单元220可为硬盘、软盘、U盘、随机存取存储器等。该处理单元230可为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、单片机等。

本说明书中，通过对图5中的第一子加工路径L1的转换解释，以说明该路径转换系统100是如何将第一加工路径L0转换成第二加工路径L0’。

参数设定模块110根据用户通过输入单元210的输入操作而设置公式(1-1)的H、L和D的值。

请参阅图4，图4为公式(1-1)确定H、L和D的值后对应的余弦波Lcos。具体地，运算模块130根据输入单元210设定的参数H、L和D的值与公式(1-1)计算出一具体的余弦公式。本实施方式中，图4中的余弦波Lcos对应的公式(1-1)中的参数D的值为0。

运算模块130根据公式(1-1)和公式(1-2)计算出若干位于该余弦波Lcos上的虚拟路径点Mj。本实施方式中，图4仅示出n值为0，1，2，3时，在余弦波Lcos上依次得到的虚拟路径点M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6，其中，M0为运算模块130根据公式(1-1)和公式(1-2)计算出的起始虚拟路径点，虚拟路径点M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6的X坐标值分别为-π/4L、π/4L、3π/4L、5π/4L、7π/4L、9π/4L、11π/4L。

请参阅图5，图5为读取转换模块120读取导入至路径转换系统100的第一NC代码后，并转换成对应的第一加工路径L0中的一列第一子加工路径L1的示意图，该第一子加工路径L1包括第一子加工起始点P0和第一子加工结束点Pe。

运算模块130根据得到的虚拟路径点Mj的X坐标值及一存储于存储单元220的公式(2-1)在第一子加工路径L1上从第一子加工起始点P0点开始计算第一子加工路径L1的路径长，并依次计算出若干第一路径点Pj。公式(2-1)的表达式如下：

D(Pj，Pj+1)＝Dx(Mj，Mj+1) (2-1)

上述公式(2-1)中D(Pj，Pj+1)是指在第一子加工路径L1上，Pj点到Pj+1点之间的的路径长，Dx(Mj，Mj+1)是指在余弦波Lcos上Mj点到Mj+1点之间沿X轴向的距离，即Mj+1点的X坐标值减去Mj点的X坐标值。本实施方式中，运算模块130在第一子加工路径L1上从第一子加工起始点P0开始计算，依次计算出与虚拟路径点M1、M2、M3、M4、M5、M6一一对应的第一路径点P1、P2、P3、P4、P5、P6。其中，每两个相邻第一路径点Pj和Pj+1之间的路径长为π/2L。

可以理解，请参阅图6，当运算模块130在计算第一子加工路径L1上Pj到Pj+1的路径长时，Pj与Pj+1之间的路径存在曲线时，运算模块130将曲线切成许多小段，并累加各个小段的距离(参公式(2-2))，直至运算出公式(2-1)的结果，运算模块130将曲线切成许多小段的具体方法，本实施方式中不详细概述，公式(2-2)的表达式如下：

D(P_{_j}，P_{_j+1})＝∑_id_i (2-2)

请再参阅图5和图7，运算模块130还根据一存储于存储单元220的公式(2-3)，计算出正交于第一路径点Pj，且相对第一路径点Pj偏移一距离值h的第二路径点Nj。本实施方式中，图5仅示出与第一路径点P1、P2、P3、P4、P5、P6一一对应的第二路径点N1、N2、N3、N4、N5、N6。公式(2-3)的表达式如下：

{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝(π/L×n±π/4L)，n∈N} (2-3)

上述公式中，Pup是指刀径抬离工作表面的百分比，其值可由参数设定模块110响应输入单元210的输入得出。

请参阅图8和图9，运算模块130还根据存储于存储单元220的公式，依次计算出正交于构成第一子加工路径L1的第一NC代码的坐标点Pnc，且相对坐标点Pnc偏移的距离值h’的第二路径点Nnc。运算模块130判断坐标点Pnc到第一起始点P0的路径长满足公式(3-1)或公式(3-3)时，运算模块130计算出值h’。具体地，若运算模块130判断坐标点Pnc到第一子加工起始点P0的路径长满足公式(3-1)，h’的值可由运算模块130根据公式(3-2)计算出。公式(3-1)和公式(3-2)的表达式如下：

若运算模块130坐标点Pnc到第一子加工起始点P0的路径长满足公式(3-3)时，h’的值可由运算模块130根据公式(3-3)计算出。公式(3-3)和公式(3-4)的表达式如下：

运算模块130还将计算出的第二路径点Nj和Nnc依据对应的第一子加工路径L1上的第一路径点Pj和坐标点Pnc在第一子加工路径L1上的顺序依次连接起来，即得到一列第二子加工路径L2。可理解，运算模块130对第一NC代码对应的第一加工路径L0的每一列第一子加工路径L1均进行转换，可得到上述第二加工路径L0’，读取转换模块可将该第二加工路径L0’转换生成对应的可对工件表面拉丝形成发丝、波浪等纹理的第二NC代码。

可理解，用户可不需在参数设定模块110上设置参数H和L的准确值，用以完成加工路径L0每一列路径的转换，只需在参数设定模块110上设置参数H、L的范围：Hdown～Htop和Ldown～Ltop，加工路径L0每一列路径被转换时使用的参数H、L和D的值均可由一随机程序随机确定，使得Hdown＜H＜Htop、Ldown＜L＜Ltop和2π/Ltop＜D＜2π/Ldown，此方式可使数控机床加工出如同发丝状纹理的工件。

可理解，在其他实施方式中，第一路径点Pj还可直接由运算模块130根据一公式计算出，该公式表达式为：

{S_j≈π/L×n+π/4L×(n mod 2)×(-1)|S_j＝D(P_{_0}，P_{_j})，n∈N}

其中，(n mod 2)为一求余函数。

可理解，在参数设定模块110上还可设置一偏移比例Pshift，加工路径L0的第一子加工路径L1使用的参数D的值可根据下附公式得出，该公式表达式为：

D_k+1＝D_k+D_k×P_shift

按照每一列第一子加工路径L1加工顺序依次得出，此方式可加工出表面具有波浪状纹理的工件。

可理解，该路径转换系统100还可以用于转换单向加工式的第一NC代码。

可理解，该第一加工路径L1不限于XZ平面的加工路径，还可以是XY平面或YZ平面的加工路径。

可理解，两个相邻第一路径点Pj和Pj+1之间的路径长不限于为π/2L。

可理解，上述计算公式的表达式并不限制于本实施方式中的表达式，如上述公式中所有的π/4L均可以被替换成其他表达样式，如π/3L、π/5L等。

请参阅图10，图10为本发明一实施方式中路径转换控制方法的流程图。

步骤S101，读取存储于存储单元220的第一NC代码，并将该第一NC代码转换成对应的第一加工路径L0。

步骤S102，响应用户在输入单元210的输入操作得出相应的参数H、L、D和Pup的值。具体地，参数设定模块110响应用户在输入单元210内输入H、L、D和Pup的值。

步骤S103，根据公式(1-2)得出虚拟路径点Mj的X坐标值。本实施方式中，运算模块130取n＝0,1,2,3依次得到虚拟路径点M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6。

步骤S104，根据公式(2-1)在每一列第一子加工路径L1上计算出若干第一路径点Pj。本实施方式中，运算模块130根据虚拟路径点M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6的X坐标值及公式(2-1)依次计算出与虚拟路径点M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6一一对应的第一路径点P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6。

步骤S105，根据公式(2-3)计算出与若干第一路径点Pj对应的若干第二路径点Nj。本实施方式中，运算模块130根据公式(2-3)依次计算出正交于第一路径点P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6，且相对该第一路径点P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6偏移一值h的第二路径点N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6。

步骤S106，根据公式(3-1)、(3-2)、(3-3)和(3-4)计算出正交于每一第一子加工路径L1的坐标点Pnc，且相对坐标点Pnc偏移一值h’的第二路径点Nnc。具体地，当坐标点Pnc到对应列的第一子加工起始点P0的路径长满足公式(3-1)时，第二路径点Nnc相对坐标点Pnc正交偏移的值h’由公式(3-2)得出；当坐标点Pnc到对应列的第一子加工起始点P0的路径长满足公式(3-3)时，第二路径点Nnc相对坐标点Pnc正交偏移的值h’由公式(3-3)得出。

步骤S107，将在每一该第一子加工路径L1上计算出的第二路径点Nj和Nnc依次连接，形成一第二加工路径。

步骤S108，将该第二加工路径转换成对应的第二NC代码。

本发明的路径转换系统，对第一加工路径进行余弦式的偏移得出第二加工路径，可使采用NC代码加工的机床一次性加工出表面具有纹理的工件，提高了加工效率。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种路径转换系统，其应用于一电子装置上，其特征在于：该路径转换系统包括：

参数设定模块，用于响应用户在一该电子装置的输入单元的输入操作得出相应的参数；

读取转换模块，用于从一该电子装置的存储单元中读取一第一NC代码，并转换成对应的包含有多列第一子加工路径的第一加工路径；

运算模块，用于根据从该存储单元中存储的公式及所述参数计算出一余弦公式，并计算出位于所述余弦公式对应的余弦波上的若干虚拟路径点(Mj)，根据若干所述虚拟路径点(Mj)计算在每一该第一子加工路径上的若干第一路径点(Pj)，并计算出正交于该若干第一路径点(Pj)，且相对该若干个第一路径点(Pj)偏移一预设值(h)的若干第二路径点(Nj)；及计算出正交于每一该第一子加工路径上的坐标点(Pnc)，且相对该坐标点(Pnc)偏移一预设值(h’)的第二路径点(Nnc)；及将计算出的第二路径点(Nj、Nnc)依次连接以形成一第二加工路径；及

该读取转换模块还用于将该第二加工路径转换成对应的第二NC代码。

2.如权利要求1所述的路径转换系统，其特征在于：该运算模块根据该存储单元存储的公式：

X＝(π/L×n±π/4L)，n∈N和

D(Pj，Pj+1)＝Dx(Mj，Mj+1)，

在每一该第一子加工路径上计算出若干第一路径点(Pj)，并根据存储在该存储单元中的公式：

{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝(π/L×n±π/4L)，n∈N}

计算出正交于该若干第一路径点(Pj)，且相对该若干个第一路径点(Pj)偏移一预设值(h)的若干第二路径点(Nj)。

3.如权利要求1所述的路径转换系统，其特征在于：该运算模块根据存储在该存储单元中的公式：

和{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝D(P_{_0}，P_{_j})}，

计算出第二路径点(Nnc)相对坐标点(Pnc)偏移的一预设值(h’)；

若运算模块判断坐标点(Pnc)到对应列的第一子加工起始点的路径长满足公式

运算模块根据公式：

计算出该预设值(h’)；

若运算模块判断坐标点Pnc到对应列的第一子加工起始点的路径长满足公式：

运算模块根据公式：

{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝D(P_{_0}，P_{_1})}计算出该预设值(h，)。

4.如权利要求2或3所述的路径转换系统，其特征在于：该参数设定 模块可响应用户通过该电子装置的一输入单元的输入操作而设定上述公式中参数H和L的值的范围Hdown～Htop和Ldown～Ltop，每一该第一子加工路径被转换时使用的参数H和L的值均可由一随机程序随机确定，参数H、L和D的值的范围满足：Hdown＜H＜Htop、Ldown＜L＜Ltop和2π/Ltop＜D＜2π/Ldown。

5.如权利要求2或3所述的路径转换系统，其特征在于：该参数设定 模块可响应用户通过该电子装置的一输入单元的输入操作而设置一偏移比例Pshift，每一该第一子加工路径使用的参数D的值可根据下存储在该存储单元中的公式：

D_k+1＝D_k+D_k×P_shift，

按照每一第一子加工路径加工顺序依次计算出。

6.一种路径转换控制方法，其应用于一电子装置上，其特征在于：该路径转换控制方法包括步骤：

从一该电子装置的存储单元中读取一第一NC代码，并转换成对应的包含有多列第一子加工路径的第一加工路径；

响应用户在一该电子装置的输入单元的输入操作得出相应的参数；

根据所述参数计算一余弦公式，并计算出位于所述余弦公式对应的余弦波上的若干虚拟路径点(Mj)，根据若干所述虚拟路径点(Mj)计算出每一该第一子加工路径上的若干第一路径点(Pj)，并计算出正交于该若干第一路径点(Pj)，且相对该若干个第一路径点(Pj)偏移一预设值(h)的若干第二路径点(Nj)；

计算出正交于每一该第一加工路径上的坐标点(Pnc)，且相对该坐标点(Pnc)偏移一预设值(h’)的第二路径点(Nnc)；

将计算出的第二路径点(Nj、Nnc)依次连接，以形成一第二加工路径；

将该第二加工路径转换成对应的第二NC代码。

7.如权利要求6所述的路径转换控制方法，其特征在于：该控制方法还包括步骤；

根据存储在该存储单元中的公式：

X＝(π/L×n±π/4L)，n∈N和

D(Pj，Pj+1)＝Dx(Mj，Mj+1)，

计算出每一该第一子加工路径上若干第一路径点(Pj)；

根据存储在该存储单元中的公式：

{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝(π/L×n+π/4L)，n∈N}，

计算出正交于该若干第一路径点(Pj)，且相对该若干个第一路径点(Pj)偏移一预设值(h)的若干第二路径点(Nj)。

8.如权利要求7所述的路径转换控制方法，其特征在于：该控制方法还包括步骤；

根据存储在该存储单元中的公式：

和{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝D(P_{_0}，P_j)}，

计算出第二路径点(Nnc)相对坐标点(Pnc)偏移一预设值(h’)；

若判断坐标点(Pnc)到对应列的第一子加工起始点的路径长满足公式：

根据公式：

计算出该预设值(h’)；

若判断坐标点Pnc到对应列的第一子加工起始点的路径长满足公式：

根据公式：

{h＝H×(1-(1-P_up)×cos(LX+D))|X＝D(P_{_0}，P_{_1})}计算出该预设值(h，)。

9.如权利要求7或8所述的路径转换控制方法，其特征在于：该控制方法还包括步骤；

响应用户通过该电子装置的一输入单元的输入操作而设定参数H和L的值的范围Hdown～Htop和Ldown～Ltop，每一该第一子加工路径被转换时，由一随机程序确定参数H和L的值，使参数H、L和D的值的范围满足：Hdown＜H＜Htop、Ldown＜L＜Ltop和2π/Ltop＜D＜2π/Ldown。

10.如权利要求7或8所述的路径转换控制方法，其特征在于：该控制方法还包括步骤；

响应用户通过该电子装置的一输入单元的输入操作而设置一偏移比例Pshift参数，根据公式：

D_k+1＝D_k+D_k×P_shift

按照每一该第一子加工路径的加工顺序依次计算出每一该子加工路径所用的参数D的值。