CN114460903A - 基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法及装置，包括如下步骤：A、将异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；B、利用CAM软件的人机交互功能，手动拾取工件数模的合模线，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；C、对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹。本发明结合五轴联动机床，对于各种异形注塑件均能够完成合模线加工，且加工效果更好，还降低了加工轨迹获取的复杂度，提高了工作效率。

Description

基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法及装置

技术领域

本发明涉及基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法及装置。

背景技术

合模线又称溢料线，过量的塑料在模具接合部位流出，切除溢边后仍留下可见的痕迹、有时称模痕或界面线，也指由于物料流入塑模部件之间的缝隙而在塑件或铸件上产生的缝迹。实际生产中，需要利用机床对合模线进行加工，该加工主要是指飞边工艺。对于飞边工艺，采用刮刀才能够达到最好的效果，而刮刀在使用过程中需以一定的夹角沿合模线运动，运动方向应与其切矢方向保持一致，且要保证合模线在加工过程中是水平的。而但是现有机床的主轴(即刀具所对应轴)是垂直于工件旋转的，无法设置角度，同时，与现有机床配合使用的通用CAM软件(计算机辅助软件)也无法生成符合上述要求的运动轨迹，因此，现有技术中对合模线的加工通常无法取得满意的效果。

发明内容

本发明提出基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法及装置，结合五轴联动机床，对于各种异形注塑件均能够完成合模线加工，且加工效果更好，还降低了加工轨迹获取的复杂度，提高了工作效率。

本发明通过以下技术方案实现：

基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，机床包括工作台和刀具，五轴包括X、Y、Z轴、以及分别对应于工作台和刀具的A轴和C轴，包括如下步骤：

A、将异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；

B、手动拾取工件数模的合模线，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；

C、对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹，具体包括如下步骤：

C1、根据初始加工轨迹得到刀触点坐标；

C2、若初始加工轨迹中，当前点与其前一点不重合，则计算当前点与其前一点的向量，并计算该向量在平面YOZ的水平投影向量V₂，根据该水平投影向量V₂与X轴正方向单位向量的夹角、以及该投影向量V₂分别与X轴、Y轴正方向单位向量之积，确定A轴摆动角度α；

C3、若初始加工轨迹中，当前点与其前一点不重合，则计算当前点与其前一点的向量、并计算该向量在平面XOY的水平投影向量V₃，根据该水平投影向量V₃与Y轴正方向单位向量的夹角、以及该投影向量V₃与Y轴正方向单位向量之积，确定C轴摆动角度c；

C4、根据A轴摆动角度α对刀触点坐标进行坐标变换，并根据C轴摆动角度c对变换后的刀触点坐标进行偏移得到刀位点坐标，从而得到加工轨迹。

进一步的，所述步骤C2具体为：

C21、根据如下公式计算摆动角度α的绝对值：

|α|＝|arccos((V₂·OX)/(|V₂|·|OX|))|，其中，OX为X轴正方向单位向量；

C22、设投影向量V₂与X轴正方向单位向量之积为k₁＝V₂·OX，投影向量V₂与Y轴正方向单位向量之积为k₂＝V₂·OY，若k₁、k₂均为正或者均为负，则α＝-|α|，若k₁、k₂一正一负，则α＝|α|。

进一步的，所述步骤C3具体为：

C31、根据如下公式计算摆动角度c的绝对值：

|c|＝|arccos((V₃·OY)/(|V₃|·|OY|))|；

C32、设投影向量V₃与Y轴正方向单位向量之积为k₃＝V₃·OY，若k₃＞0，则c＝2π-|c|，若k₃≤0，则c＝|c|。

进一步的，所述步骤C4具体为：

C41、对刀触点坐标进行坐标变换公式为：

其中，(x,y,z)为变换之前的刀触点坐标，(x′,y′,z′)为变换之后的刀触点坐标；

C42、对变换之后的刀触点坐标(x′,y′,z′)进行偏移，得到刀位点坐标(x″,y″,z″)：

其中，tc为刀具切入角，tx为刀具的刀尖点与刀具回转轴在X轴的偏移量，ty为刀具的刀尖点与刀具回转轴在Y轴的偏移量，td为刀具下降高度。

进一步的，所述步骤C2中，所述当前点与其前一点不重合包括：当前点与其前一点坐标不重合，且这两点在平面YOZ的水平投影不重合；所述步骤C3中，所述当前点与其前一点不重合包括：当前点与其前一点坐标不重合，且这两点在平面XOY的水平投影不重合。

进一步的，所述步骤A中的CAM软件基于OCC技术开发。

进一步的，所述步骤B中，对拾取到的若干合模线进行处理具体包括：对若干合模线进行排序；对排序后的合模线进行样条拟合，得到完整的样条曲线；对该样条曲线进行离散，即得到所述初始加工轨迹。

进一步的，在进行所述步骤C4之前，还对相邻刀触点切矢的变化角度进行判断，当该变化角度大于设定的阈值时，则通过插值进行平滑处理，切矢根据所述初始加工轨迹得到。

进一步的，还包括如下步骤:

D、根据步骤C所得到的加工轨迹，生成机床能够识别的加工程序。

本发明还通过以下技术方案实现；

基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工装置，包括：

数据导入模块：用于根据异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；

初始加工轨迹获取模块：手动拾取工件数模的合模线，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；

加工轨迹获取模块：用于对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹，其中，后置处理具体包括：

根据初始加工轨迹得到刀触点坐标；初始加工轨迹中，若当前点与其前一点不重合，则根据当前点与其前一点的向量V₁、该相邻两点在平面YOZ的水平投影向量V₂，以及该投影向量V₂分别与X轴、Y轴正方向单位向量之积，确定A轴摆动角度α；初始加工轨迹中，若当前点与其前一点不重合，则根据当前点与其前一点的向量V₁、该相邻两点在平面XOY的水平投影向量V₃，以及该投影向量V₃与Y轴单位向量之积，确定C轴摆动角度c；根据A轴摆动角度α对刀触点坐标进行坐标变换，并根据C轴摆动角度c对变换后的刀触点坐标进行偏移得到刀位点坐标，从而得到加工轨迹。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明首先将异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并直接拾取若干合模线，对该若干合模线处理后即可得到初始加工轨迹，然后依据该加工轨迹，分别对工作台和刀具对应的A轴和C轴的摆动角度进行计算，再根据计算结果对初始加工轨迹进行变换，从而得到最终的加工轨迹，该加工轨迹既限制了工作台和刀具的摆动角度，从而能够控制五轴联动机床工作台和刀具的轨迹，对于各种异形注塑件均能够完成合模线加工，且加工效果更好，另一方面，直接利用鼠标拾取合模线，简单直观，有效降低了初始加工轨迹获取的复杂度，即降低了最终加工轨迹获取的复杂度，提高了工作效率；再者，后置处理能够控制刀具，使刀刃中心刚好削在合模线上，从而保证具有良好的加工效果。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的流程图。

图2为工件数模导入CAM软件的示意图。

图3为拾取合模线的示意图。

具体实施方式

五轴联动机床包括工作台和刀具，加工时，异形注塑件设置在工作台上，由刀具进行加工，五轴包括工件坐标系的X、Y、Z轴、以及分别对应于工作台和刀具的A轴和C轴。机床的具体结构为现有技术。如图1所示，基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法包括如下步骤：

A、将异形注塑件的工件数模导入CAM软件，如图2所示，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；

该CAM软件基于OCC技术开发，能够进行人机交互，从而实现合模线的拾取，OCC技术是一种开源技术，可根据实际需要对其进行开发，具体开发过程为现有技术；

对工件数模进行旋转变换的过程为现有技术；

B、CAM软件能够人机交互，故通过鼠标手动拾取工件数模的合模线，如图3所示，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；

对拾取到的若干合模线进行处理具体包括：对若干合模线进行排序；对排序后的合模线进行样条拟合，得到完整的样条曲线；对该样条曲线进行离散，即得到所述初始加工轨迹；排序、样条拟合和样条曲线离散过程均为现有技术；

C、对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹，具体包括如下步骤：

C1、根据初始加工轨迹得到刀触点坐标和切矢。该切矢即指两相邻刀触点坐标的向量；

C2、若初始加工轨迹中，当前点与其前一点不重合，则计算当前点与其前一点的向量V₁、并计算该向量V₁在平面YOZ的水平投影向量V₂，根据该水平投影向量V₂与X轴正方向单位向量的夹角、以及该水平投影向量V₂分别与X轴、Y轴正方向单位向量之积，确定A轴摆动角度α，其中，当前点与其前一点不重合包括：当前点与其前一点坐标不重合，且这两点在平面YOZ的水平投影不重合；

计算过程具体如下：

C21、根据如下公式计算摆动角度α的绝对值：

|α|＝|arccos((V₂·OX)/(|V₂|·|OX|))|，其中，OX为X轴正方向单位向量；

C22、设投影向量V₂与X轴正方向单位向量之积为k₁＝V₂·OX，投影向量V₂与Y轴正方向单位向量之积为k₂＝V₂·OY，若k₁、k₂均为正或者均为负(即k₁＞0且k₂＞0或者k₁＜0且k₂＜0)，则α＝-|α|，若k₁、k₂一正一负(即k₁＞0且k₂＜0或者k₁＜0且k₂＞0)，则α＝|α|；

若当前点与前一点重合，则跳过当前点，进行下一点的计算；

C3、若初始加工轨迹中，当前点与其前一点不重合，则计算当前点与其前一点的向量V₁、并计算该向量V₁在平面XOY的水平投影向量V₃，根据该水平投影向量V₃与Y轴正方向单位向量的夹角、以及该投影向量V₃与Y轴单位向量之积，确定C轴摆动角度c；其中，当前点与其前一点不重合包括：当前点与其前一点坐标不重合，且这两点在平面XOY的水平投影不重合；

计算过程具体如下：

C31、根据如下公式计算摆动角度c的绝对值：

|c|＝|arccos((V₃·OY)/(|V₃|·|OY|))|；

C32、设投影向量V₃与Y轴正方向单位向量之积为k₃＝V₃·OY，若k₃＞0，则c＝2π-|c|，若k₃≤0，则c＝|c|；

若当前点与前一点重合，则跳过当前点，进行下一点的计算；

C4、判断相邻切矢变化的角度，当该变化角度大于设定的阈值时，通过插值进行平滑处理，更具体的，根据所设定的C轴的最大转角，对C轴进行插值处理，具体插值过程为现有技术；

C5、根据A轴摆动角度α对刀触点坐标进行坐标变换，并根据C轴摆动角度c对变换后的刀触点坐标进行偏移得到刀位点坐标，从而得到加工轨迹；

具体包括：

C51、对刀触点坐标进行坐标变换公式为：

其中，(x,y,z)为变换之前的刀触点坐标，(x′,y′,z′)为变换之后的刀触点坐标；

C52、对变换之后的刀触点坐标(x′,y′,z′)进行偏移，得到刀位点坐标(x″,y″,z″)：

其中，tc为刀具切入角，tx为刀具的刀尖点与刀具回转轴在X轴的偏移量，ty为刀具的刀尖点与刀具回转轴在Y轴的偏移量，td为刀具下降高度；

在进行坐标变换之前，先计算A轴和C轴的摆动角度，即能够保证对合模线的加工方向，从而保证加工效果，该方向由加工工艺需求确定；

D、根据步骤C所得到的加工轨迹，生成机床能够识别的加工程序，该过程过现有技术。

与加工方法对应的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工装置包括数据导入模块：用于根据异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；

初始加工轨迹获取模块：手动拾取工件数模的合模线，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；

加工轨迹获取模块：用于对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹，其中，后置处理具体包括：

根据初始加工轨迹得到刀触点坐标；初始加工轨迹中，若当前点与其前一点不重合，则根据当前点与其前一点的向量V₁、该相邻两点在平面YOZ的水平投影向量V₂，以及该投影向量V₂分别与X轴、Y轴正方向单位向量之积，确定A轴摆动角度α；初始加工轨迹中，若当前点与其前一点不重合，则根据当前点与其前一点的向量V₁、该相邻两点在平面XOY的水平投影向量V₃，以及该投影向量V₃与Y轴单位向量之积，确定C轴摆动角度c；根据A轴摆动角度α对刀触点坐标进行坐标变换，并根据C轴摆动角度c对变换后的刀触点坐标进行偏移得到刀位点坐标，从而得到加工轨迹。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，机床包括工作台和刀具，五轴包括X、Y、Z轴、以及分别对应于工作台和刀具的A轴和C轴，其特征在于：包括如下步骤：

A、将异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；

B、手动拾取工件数模的合模线，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；

C、对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹，具体包括如下步骤：

C1、根据初始加工轨迹得到刀触点坐标；

C2、若初始加工轨迹中，当前点与其前一点不重合，则计算当前点与其前一点的向量，并计算该向量在平面YOZ的水平投影向量V₂，根据该水平投影向量V₂与X轴正方向单位向量的夹角、以及该投影向量V₂分别与X轴、Y轴正方向单位向量之积，确定A轴摆动角度α；

C3、若初始加工轨迹中，当前点与其前一点不重合，则计算当前点与其前一点的向量、并计算该向量在平面XOY的水平投影向量V₃，根据该水平投影向量V₃与Y轴正方向单位向量的夹角、以及该投影向量V₃与Y轴正方向单位向量之积，确定C轴摆动角度c；

C4、根据A轴摆动角度α对刀触点坐标进行坐标变换，并根据C轴摆动角度c对变换后的刀触点坐标进行偏移得到刀位点坐标，从而得到加工轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：所述步骤C2具体为：

C21、根据如下公式计算摆动角度α的绝对值：

|α|＝|arccos((V₂·OX)/(|V₂|·|OX|))|，其中，OX为X轴正方向单位向量；

C22、设投影向量V₂与X轴正方向单位向量之积为k₁＝V₂·OX，投影向量V₂与Y轴正方向单位向量之积为k₂＝V₂·OY，若k₁、k₂均为正或者均为负，则α＝-|α|，若k₁、k₂一正一负，则α＝|α|。

3.根据权利要求2所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：所述步骤C3具体为：

C31、根据如下公式计算摆动角度c的绝对值：

|c|＝|arccos((V₃·OY)/(|V₃|·|OY|))|；

C32、设投影向量V₃与Y轴正方向单位向量之积为k₃＝V₃·OY，若k₃＞0，则c＝2π-|c|，若k₃≤0，则c＝|c|。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：所述步骤C4具体为：

C41、对刀触点坐标进行坐标变换公式为：

其中，(x,y,z)为变换之前的刀触点坐标，(x′,y′,z′)为变换之后的刀触点坐标；

C42、对变换之后的刀触点坐标(x′,y′,z′)进行偏移，得到刀位点坐标(x″,y″,z″)：

其中，tc为刀具切入角，tx为刀具的刀尖点与刀具回转轴在X轴的偏移量，ty为刀具的刀尖点与刀具回转轴在Y轴的偏移量，td为刀具下降高度。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：所述步骤C2中，所述当前点与其前一点不重合包括：当前点与其前一点坐标不重合，且这两点在平面YOZ的水平投影不重合；所述步骤C3中，所述当前点与其前一点不重合包括：当前点与其前一点坐标不重合，且这两点在平面XOY的水平投影不重合。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：所述步骤A中的CAM软件基于OCC技术开发。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：所述步骤B中，对拾取到的若干合模线进行处理具体包括：对若干合模线进行排序；对排序后的合模线进行样条拟合，得到完整的样条曲线；对该样条曲线进行离散，即得到所述初始加工轨迹。

8.根据权利要求1或2或3所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：在进行所述步骤C4之前，还对相邻刀触点切矢的变化角度进行判断，当该变化角度大于设定的阈值时，则通过插值进行平滑处理，切矢根据所述初始加工轨迹得到。

9.根据权利要求1或2或3所述的基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工方法，其特征在于：还包括如下步骤:

D、根据步骤C所得到的加工轨迹，生成机床能够识别的加工程序。

10.基于五轴联动机床的异形注塑件合模线加工装置，其特征在于：包括：

数据导入模块：用于根据异形注塑件的工件数模导入CAM软件，并将工件数模进行旋转变换，使其坐标系与机床的工件坐标系一致；

初始加工轨迹获取模块：手动拾取工件数模的合模线，并对拾取到的若干合模线进行处理，以得到初始加工轨迹；

加工轨迹获取模块：用于对初始加工轨迹进行后置处理，得到加工轨迹，其中，后置处理具体包括：

根据初始加工轨迹得到刀触点坐标；初始加工轨迹中，若当前点与其前一点不重合，则根据当前点与其前一点的向量V₁、该相邻两点在平面YOZ的水平投影向量V₂，以及该投影向量V₂分别与X轴、Y轴正方向单位向量之积，确定A轴摆动角度α；初始加工轨迹中，若当前点与其前一点不重合，则根据当前点与其前一点的向量V₁、该相邻两点在平面XOY的水平投影向量V₃，以及该投影向量V₃与Y轴单位向量之积，确定C轴摆动角度c；根据A轴摆动角度α对刀触点坐标进行坐标变换，并根据C轴摆动角度c对变换后的刀触点坐标进行偏移得到刀位点坐标，从而得到加工轨迹。

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