CN114115129A - 数控系统中实现平面图形转2.5d模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，包括将平面图形转化为2.5D工件模型；根据2.5D工件模型规划数控机床系统的控制刀路。本发明还涉及一种实现平面图形转2.5D模型的数控系统零件加工的装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，降低企业用工成本，提高生产效率，使刀路生成更加灵活，生成的刀路会根据当前用户在机床上使用的刀具的参数来规划路径，让用户更容易找到最适合加工的方式和刀具。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床加工技术领域，尤其涉及数控机床系统运动控制技术领域，具体是指一种数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
使用计算机辅助数控机床制造生产一个零件经历的主要流程是：
1、使用计算机辅助设计(CAD)软件设计出零件的三维模型。
2、使用计算机辅助制造(CAM)软件根据1中设计的模型和零件毛坯大小等因素生成加工零件的刀路文件。
3、使用数控系统(CNC)根据刀路文件控制机床加工出零件。
目前市面上主流的工业级CAD/CAM软件功能都十分强大，可以对十分复杂的模型，复杂刀具刀路进行路径规划，生成刀路，但随之带来的是操作难度大，不易上手。对于CAD/CAM软件开发企业，制作一款CAD/CAM软件的目的肯定是以功能强大为目的，简单的CAM软件无法适配很多应用场景，不愿意开发。对于中小型制造企业，聘用一名专业CAD/CAM软件的操作人员成本高，招聘难度大，培训成本高，人员流动大且不稳定。且加工的零件大部分较为简易，基本都是2.5D的三维模型，不需要专业CAD/CAM软件的许多复杂的功能。且这些企业加工的零件种类繁多，单个量不大。如果每个零件都请专业的人员花钱购买相应的刀路成本也很高。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种满足成本低、生产效率高、适用范围较为广泛的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)将平面图形转化为2.5D工件模型；
(2)根据2.5D工件模型规划数控机床系统的控制刀路。
较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)输入待加工零件的平面图形，分解成闭合图形的最小图元；
(1.2)对每个图元进行类型设置；
(1.3)根据设置的每个图元的高度和类型，构建2.5D模型。
较佳地，所述的步骤(1.2)具体包括以下步骤：
(1.2.1)判断设置为连接型还是独立型，如果是连接型，则继续步骤(1.2.2)；否则，继续步骤(1.2.4)；
(1.2.2)检查是否能设置为连接型，如果是，则继续步骤(1.2.3)；否则，继续步骤(1.2.4)；
(1.2.3)设置连接面高度，并检查该高度是否在前后连接的两个面的高度之间，如果是，则继续步骤(1.3)；否则，继续步骤(1.2.3)；
(1.2.4)设置图元的平面高度，继续步骤(1.3)。
较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)设置工件模型的毛坯大小，设置数控机床的下刀方式，设置每次刀具铣削的深度，设置刀路来回铣削的路径间距；
(2.2)设置路径规划策略；
(2.3)根据铣削深度和模型高度对工件模型进行分层；
(2.4)对每一层的平面图形使用路径规划策略进行规划；
(2.5)对多层路径进行合并；
(2.6)根据当前数控机床使用情况进行后处理；
(2.7)生成刀路，进行加工。
较佳地，所述的路径规划策略包括环形路径走刀和直线路径走刀，
步骤(2.4)使用环形路径走刀进行规划，具体包括以下步骤：
使用螺旋线规划工件实体外部区域；
步骤(2.4)使用直线路径走刀进行规划，具体包括以下步骤：
使用斜线规划工件外部实体区域，最后铣削最外层的轮廓区域。
该数控系统中用于实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
该数控系统中用于实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
采用了本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，免去了机床用户使用繁琐的CAD/CAM软件生成零件刀路的步骤。降低企业用工成本，提高生产效率。传统的加工方式，CAM软件在生成刀路的时候，就已经把数控机床加工时使用的刀具的参数写进刀路里面固定了。将生成刀路的步骤集成在数控机床系统中，可以使刀路生成更加灵活，生成的刀路会根据当前用户在机床上使用的刀具的参数来规划路径。让用户更容易找到最适合加工的方式和刀具。
附图说明
图1为本发明的将平面图形转化为2.5D工件模型的步骤的流程图。
图2为本发明的根据2.5D工件模型规划数控机床系统的控制刀路的步骤的流程图。
图3为本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的实施例的工件的俯视图。
图4为本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的实施例的工件分解成图元的示意图。
图5为本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的实施例的工件的2.5D模型示意图。
图6为本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的实施例的模型根据高度进行分层后的示意图。
图7为本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的实施例的环形走刀示意图。
图8为本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的实施例的直线路径走刀示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其中包括以下步骤：
(1)将平面图形转化为2.5D工件模型；
(2)根据2.5D工件模型规划数控机床系统的控制刀路。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)输入待加工零件的平面图形，分解成闭合图形的最小图元；
(1.2)对每个图元进行类型设置；
(1.3)根据设置的每个图元的高度和类型，构建2.5D模型。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1.2)具体包括以下步骤：
(1.2.1)判断设置为连接型还是独立型，如果是连接型，则继续步骤(1.2.2)；否则，继续步骤(1.2.4)；
(1.2.2)检查是否能设置为连接型，如果是，则继续步骤(1.2.3)；否则，继续步骤(1.2.4)；
(1.2.3)设置连接面高度，并检查该高度是否在前后连接的两个面的高度之间，如果是，则继续步骤(1.3)；否则，继续步骤(1.2.3)；
(1.2.4)设置图元的平面高度，继续步骤(1.3)。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)设置工件模型的毛坯大小，设置数控机床的下刀方式，设置每次刀具铣削的深度，设置刀路来回铣削的路径间距；
(2.2)设置路径规划策略；
(2.3)根据铣削深度和模型高度对工件模型进行分层；
(2.4)对每一层的平面图形使用路径规划策略进行规划；
(2.5)对多层路径进行合并；
(2.6)根据当前数控机床使用情况进行后处理；
(2.7)生成刀路，进行加工。
作为本发明的优选实施方式，所述的路径规划策略包括环形路径走刀和直线路径走刀，
步骤(2.4)使用环形路径走刀进行规划，具体包括以下步骤：
使用螺旋线规划工件实体外部区域；
步骤(2.4)使用直线路径走刀进行规划，具体包括以下步骤：
使用斜线规划工件外部实体区域，最后铣削最外层的轮廓区域。
本发明的该数控系统中用于实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制的装置，其中，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
本发明的该数控系统中用于实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，提供了一种数控机床系统根据用户输入的二维图形构建2.5D模型，同时生成相应刀路并进行加工的方法。现有的数控机床领域的加工方法一般都是严格按照CAM软件生成的刀路进行加工，本发明将计算机辅助制造(CAM)软件根据模型生成刀路的步骤集成到了数控系统。用户可以直接根据CAD软件画出的平面图形直接进行加工。数控机床系统使用这一新的加工方法。
CAD为计算机工程制图软件，一般用于设计制作模型。CAM为计算机辅助制造软件，用于根据模型和毛坯等参数生成加工的刀路。刀路是指数控机床的刀具路径。数控机床根据刀路文件描述的刀具路径移动机床刀具，刀具旋转铣削出加工零件。2.5D模型是指平面图形纵向进行拉伸，在Z方向上没有曲面的模型。
数控系统可以根据用户输入的二维图形和一些图形描绘相关参数，直接加工出用户想要的三维零件。省去了使用CAD/CAM软件辅助生产的复杂流程。
本发明可以使数控机床系统的操作人员通过输入待加工零件的二维图形和一些简单的操作，直接加工出用户想要的三维真实零件。
本发明的技术方案主要分为两个流程：
1、将平面图形转化为2.5D工件模型；
2、根据2.5D工件模型规划数控机床系统的控制刀路。
以一个简单零件为例对每个流程进行说明，步骤1的主要流程如下：
(1)输入待加工零件的平面图形，这个平面一般是工件的俯视图，或最能表征工件特征的那个方向的投影。如图3所示，图3会被软件识别，并将其分解成一个个闭合图形的最小图形单元(以下简称图元)，并将其编号，如图4所示，图4中每个最小图元使用了不同的颜色进行标注，白色也是最小图元。
(2)对每个图形单元进行类型设置，有两种类型，连接型和独立型。独立型直接设置平面高度。设置为连接型时需要检查能否设置为连接型(连接型表示当前图元用于连接前后两个图元。在该实施例中，4号图元是连接型。连接型图元有一定的判断条件，不是所有的图元都能作为连接图元)。连接型需要设置连接面高度并检查这个高度是否在前后连接的两个面的高度之间，表明这个图元相对真实工件底部的高度。
(3)根据设置的每个图元的高度和类型，构建2.5D模型。该实施例中，令1、3、6、7四个图元高度为5mm，2号图元高度为15mm，4号图元高度为18mm，5号图元高度为20mm。图形的俯视图的长宽可以通过软件识别，都为50mm。生成的2.5D模型如图5所示。
步骤2中根据生成的2.5D工件模型，用户设置参数，生成数控机床系统的控制刀路。
步骤2的主要流程如下：
(1)设置工件模型的毛坯大小，一般稍大于2.5D模型即可。设置数控机床的下刀方式。设置每次刀具铣削的深度。设置刀路来回铣削的路径间距。
(2)设置路径规划算法，选择环形路径走刀，还是直线路径走刀等。
(3)将模型根据之前设置的铣削深度和模型高度进行分层。步骤1中分层后由低层到高层的图形具体如图6所示，其中灰为需要铣削的部分，白色为工件实体部分，不需要铣削；
其中由第一个图变化到由第二个图时，是突变的。第二个图向的第三个图变化时，由于中间圆是连接类型，所以圆的半径是逐渐变小的。
(4)对每一层的平面图形使用路径规划算法进行规划。图7和图8为两种不同的路径规划结果示意图，如图7所示为环形走刀，使用螺旋线将灰色的区域填满，规划路径；如图8所示为直线路径走刀，使用斜线将灰色区域填满，最后会铣一刀最外层的矩形区域。
(5)将每一层的路径进行合并。将(4)中每一层规划好的路径进行合并，得到一个三维立体的路径图。
(6)合并后根据当前数控机床使用情况进行后处理。
(7)进行加工。
本发明可以较为简单的使用平面图形输入到数控机床系统，直接进行2.5D模型的零件加工。用户省去了操作复杂的CAD/CAM软件的流程，可以很方便的直接使用数控系统进行生产，大大减少了零件生产的步骤和流程。制造工厂可以省去昂贵聘用数控编程人员的用工成本。同时，由于本发明将刀路生成步骤集成在数控系统上，用户可以很灵活的修改刀路生成的情况，方便的找到需要加工的零件的最优的刀路生成参数。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，免去了机床用户使用繁琐的CAD/CAM软件生成零件刀路的步骤。降低企业用工成本，提高生产效率。传统的加工方式，CAM软件在生成刀路的时候，就已经把数控机床加工时使用的刀具的参数写进刀路里面固定了。将生成刀路的步骤集成在数控机床系统中，可以使刀路生成更加灵活，生成的刀路会根据当前用户在机床上使用的刀具的参数来规划路径。让用户更容易找到最适合加工的方式和刀具。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (8)
1.一种数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)将平面图形转化为2.5D工件模型；
(2)根据2.5D工件模型规划数控机床系统的控制刀路。
2.根据权利要求1所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)输入待加工零件的平面图形，分解成闭合图形的最小图元；
(1.2)对每个图元进行类型设置；
(1.3)根据设置的每个图元的高度和类型，构建2.5D模型。
3.根据权利要求2所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其特征在于，所述的步骤(1.2)具体包括以下步骤：
(1.2.1)判断设置为连接型还是独立型，如果是连接型，则继续步骤(1.2.2)；否则，继续步骤(1.2.4)；
(1.2.2)检查是否能设置为连接型，如果是，则继续步骤(1.2.3)；否则，继续步骤(1.2.4)；
(1.2.3)设置连接面高度，并检查该高度是否在前后连接的两个面的高度之间，如果是，则继续步骤(1.3)；否则，继续步骤(1.2.3)；
(1.2.4)设置图元的平面高度，继续步骤(1.3)。
4.根据权利要求1所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)设置工件模型的毛坯大小，设置数控机床的下刀方式，设置每次刀具铣削的深度，设置刀路来回铣削的路径间距；
(2.2)设置路径规划策略；
(2.3)根据铣削深度和模型高度对工件模型进行分层；
(2.4)对每一层的平面图形使用路径规划策略进行规划；
(2.5)对多层路径进行合并；
(2.6)根据当前数控机床使用情况进行后处理；
(2.7)生成刀路，进行加工。
5.根据权利要求4所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法，其特征在于，所述的路径规划策略包括环形路径走刀和直线路径走刀，
步骤(2.4)使用环形路径走刀进行规划，具体包括以下步骤：
使用螺旋线规划工件实体外部区域；
步骤(2.4)使用直线路径走刀进行规划，具体包括以下步骤：
使用斜线规划工件外部实体区域，最后铣削最外层的轮廓区域。
6.一种数控系统中用于实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
7.一种数控系统中用于实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至5中任一项所述的数控系统中实现平面图形转2.5D模型的零件加工控制方法的各个步骤。
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| CN114115129B (zh) | 2024-06-25 |
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