CN107065767B - 一种3d轮廓倒角加工路径的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数控加工技术领域，特别涉及一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法。通过建立倒角面加工检查模型并计算刀触点，对采用2D轮廓曲线等距保留曲线高度方式生成的初始倒角加工路径在高度方向以及基于刀触点建立的三维半径磨损补偿方向进行调整，从而生成等刃高加工路径。本发明不仅支持锥度刀上倒角加工，而且支持燕尾刀下倒角加工，并且倒角面加工宽度一致，表面质量好，能够大大提升倒角面的加工效率和加工精度。

Description

一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法
技术领域
本发明属于数控加工技术领域，特别涉及一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法。
背景技术
倒角加工，是通过锥度刀加工产品的锋利楞线，达到安全美观的效果。传统的轮廓倒角路径是采用轮廓曲线等距并保留曲线高度的方式生成，该方法简单方便，较适用于平面倒角加工，对于3D轮廓倒角来说，由于锥度刀在不同高度刀具直径不同，高度越高，直径越大，高度变化时易与模型其他部位相碰撞，从而产生过切。为此，国外研究机构研究了一种基于曲面投影方式生成倒角路径的方法，根据刀具半径等距轮廓线，然后将等距后的轮廓线向倒角面投影，得到倒角加工路径。这种方法生成的3D轮廓倒角路径不会过切，但是需要预先做好倒角加工后的曲面造型，过程繁琐，不易操作，并且只能生成锥度刀上倒角加工路径，对于下倒角还需要进行翻面加工，加工效率和加工精度不易保证。
另外，批量加工时，存在刀具磨损，需要使用刀具半径磨损补偿功能，由于现有的半径磨损补偿功能不能基于刀触点建立磨损补偿方向，进行补偿后会不准确，导致在3D轮廓高度变化位置倒角宽度不一致。同时，由于现有的3D轮廓倒角方法，不能保证使用同一刃高范围进行加工，刀具磨损后，会在倒角面上留下台阶，影响产品表面效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，不仅能够生成上倒角加工路径，还能够编辑燕尾刀下倒角加工路径，而且能够保证在3D轮廓高度变化位置不过切，倒角宽度一致，倒角面没有台阶，表面加工效果好。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，包括以下步骤：
步骤A，以上倒角面的上边界线或下倒角面的下边界线为拉伸曲线沿Z轴方向做拉伸面，建立倒角加工的检查模型；其中，上倒角面为使用锥度刀加工上倒角时的倒角面，下倒角面为使用燕尾刀加工下倒角时的倒角面；
步骤B，采用2D轮廓曲线等距保留曲线高度方式生成初始倒角加工路径；
步骤C，沿Z轴方向移动初始倒角加工路径的路径点，直到刀具触碰到步骤A所生成的检查模型，并以触碰点作为该路径点的刀触点；
步骤D，分别连接各路径点及其对应的刀触点，以二者连线在水平面的投影作为该路径点的三维半径磨损补偿方向；
步骤E，分别沿Z向和三维半径磨损补偿方向调整各路径点的位置，生成等刃高路径。
上述一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，所述步骤E包括：
步骤E1，通过刀触点和路径点计算出各路径点实际的刀具半径；
步骤E2，根据刀具角度计算出各路径点实际使用刀具的刃高；
步骤E3，分别计算各路径点实际刃高与理论刃高的差值以及实际刀具半径与理论刀具半径的差值；
步骤E4，沿Z向调整各路径点的高度，使所有路径点对应的刀触点在刀具上的位置高度保持一致；
步骤E5，沿路径点的三维半径磨损补偿方向调整各路径点，使刀具与刀触点相切。
上述一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，所述步骤A包括：
步骤A1，根据拾取曲线类型偏移曲线，获得上倒角面的上边界线或下倒角面的下边界线；其中，曲线类型包括倒角面上边界线、倒角面下边界线以及角棱线；
步骤A2，生成竖直拉伸面，建立倒角加工的检查模型，使用锥度刀加工上倒角，是以上倒角面的上边界线为拉伸曲线，向下拉伸得到竖直拉伸面；使用燕尾刀加工下倒角，则以下倒角面的下边界线为拉伸曲线，向上拉伸得到竖直拉伸面。
上述一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，所述步骤E之后还包括：
步骤F，对等刃高路径进行光顺处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用轮廓线生成倒角加工模型，过程简单，易于操作，不仅支持锥度刀上倒角加工，而且支持燕尾刀下倒角加工，下倒角不需要翻面，加工效率和加工精度均得到有效保证；同时，基于刀触点的三维半径磨损补偿方向以及等刃高加工，可有效保证倒角面加工宽度一致，表面质量好。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明方法建立倒角加工检查模型过程示意图。
图2-1是本发明方法倒角面下边界线偏移获得上边界线的示意图。
图2-2是本发明方法角棱线偏移获得倒角面上边界线的示意图。
图2-3是本发明方法所生成的上倒角面加工检查模型示意图。
图2-4是本发明方法所生成的下倒角面加工检查模型示意图。
图3是本发明方法所生成的初始倒角加工路径示意图。
图4是本发明方法初始倒角加工路径局部过切示意图。
图5是本发明方法刀触点计算方法示意图。
图6是本发明方法三维半径磨损补偿方向的计算原理示意图。
图7是本发明方法生成等刃高路径的调整过程示意图。
图8是本发明方法等刃高路径的实现原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，包括以下步骤：
步骤100，建立倒角加工检查模型；
步骤200，采用2D轮廓曲线等距保留曲线高度方式生成初始倒角加工路径；
步骤300，计算各路径点的刀触点；
步骤400，计算基于刀触点的三维半径磨损补偿方向；
步骤500，调整路径点位置生成等刃高路径；
步骤600，对等刃高路径进行光顺处理。
图2显示了步骤100建立倒角加工检查模型的具体过程，包括：
步骤101，根据拾取曲线类型偏移曲线，其中，曲线类型包括倒角面的上边界线、下边界线以及角棱线；对于采用锥度刀进行上倒角面加工时，需要获得上倒角面的上边界线，若拾取曲线类型为下边界线或角棱线，则需要进行偏移以获得上边界线；而对于采用燕尾刀进行下倒角面加工时，则需要获得下倒角面的下边界线，若拾取曲线类型为上边界线或角棱线，则需要进行偏移以获得下边界线；图2-1和图2-2分别显示的是上倒角加工时所拾取的下边界线和角棱线的偏移过程；
步骤102，以步骤101中获得的上边界线或下边界线为拉伸曲线沿Z轴方向做拉伸面，建立倒角加工的检查模型；对于采用锥度刀进行上倒角面加工时，是以上倒角面的上边界线为拉伸曲线，向下拉伸得到竖直拉伸面，如图2-3所示；而对于采用燕尾刀进行下倒角面加工时，则以下倒角面的下边界线为拉伸曲线，向上拉伸得到竖直拉伸面，如图2-4所示。
图3显示了步骤200采用2D轮廓曲线等距保留曲线高度方式生成的初始倒角加工路径，该路径有可能会在3D轮廓高度变化位置存在过切，如图4所示；因此，需要对该路径进行后续步骤的调整。
图5显示了步骤300刀触点的计算方法，即沿Z轴方向移动初始倒角加工路径的路径点，直到刀具触碰到步骤100中所生成的检查模型，并以触碰点作为该路径点的刀触点。
图6显示了步骤400三维半径磨损补偿方向的计算原理，即分别连接路径点O及其对应的刀触点M，以二者连线OM在水平面的投影ON方向作为该路径点的三维半径磨损补偿方向。
图7和图8显示了步骤500等刃高路径的具体调整过程和实现原理，包括：
步骤501，通过刀触点和路径点计算出各路径点实际的刀具半径；
步骤502，根据刀具角度计算出各路径点实际使用刀具的刃高；
步骤503，计算各路径点实际刃高与理论刃高的差值△H和实际刀具半径与理论刀具半径的差值△R；
步骤504，沿Z向调整各路径点的高度，调整值为△H，使所有路径点对应的刀触点在刀具上的位置高度保持一致；
步骤505，沿路径点的三维半径磨损补偿方向调整各路径点，调整值为△R，使刀具与刀触点相切。
本发明还可对路径点的高度进行反复调整，能够有效保证所生成的路径不过切，并保证倒角面加工宽度一致，获得较好的表面加工质量。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，以上倒角面的上边界线或下倒角面的下边界线为拉伸曲线沿Z轴方向做拉伸面，建立倒角加工的检查模型；其中，上倒角面为使用锥度刀加工上倒角时的倒角面，下倒角面为使用燕尾刀加工下倒角时的倒角面；
步骤B，采用2D轮廓曲线等距保留曲线高度方式生成初始倒角加工路径；
步骤C，沿Z轴方向移动初始倒角加工路径的路径点，直到刀具触碰到步骤A所生成的检查模型，并以触碰点作为该路径点的刀触点；
步骤D，分别连接各路径点及其对应的刀触点，以二者连线在水平面的投影作为该路径点的三维半径磨损补偿方向；
步骤E，分别沿Z向和三维半径磨损补偿方向调整各路径点的位置，生成等刃高路径。
2.根据权利要求1所述的一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，其特征在于，所述步骤E包括：
步骤E1，通过刀触点和路径点计算出各路径点实际的刀具半径；
步骤E2，根据刀具角度计算出各路径点实际使用刀具的刃高；
步骤E3，分别计算各路径点实际刃高与理论刃高的差值以及实际刀具半径与理论刀具半径的差值；
步骤E4，沿Z向调整各路径点的高度，使所有路径点对应的刀触点在刀具上的位置高度保持一致；
步骤E5，沿路径点的三维半径磨损补偿方向调整各路径点，使刀具与刀触点相切。
3.根据权利要求1或2所述的一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，其特征在于，所述步骤A包括：
步骤A1，根据拾取曲线类型偏移曲线，获得上倒角面的上边界线或下倒角面的下边界线；其中，曲线类型包括倒角面上边界线、倒角面下边界线以及角棱线；
步骤A2，生成竖直拉伸面，建立倒角加工的检查模型，使用锥度刀加工上倒角，是以上倒角面的上边界线为拉伸曲线，向下拉伸得到竖直拉伸面；对于使用燕尾刀加工下倒角，则以下倒角面的下边界线为拉伸曲线，向上拉伸得到竖直拉伸面。
4.根据权利要求1或2所述的一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，其特征在于，所述步骤E之后还包括：
步骤F，对等刃高路径进行光顺处理。
5.根据权利要求3所述的一种3D轮廓倒角加工路径的生成方法，其特征在于，所述步骤E之后还包括：
步骤F，对等刃高路径进行光顺处理。
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