CN115648448A - 一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法 - Google Patents

一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及石材加工方法，特别涉及一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法。包括绘制异型弧板前端曲线边缘的轮廓曲线、原点建立工件坐标系、对轮廓曲线进行离散、离散点组合成对形成一瞬时加工状态、计算出各瞬时加工状态下的各个坐标轴的目标位置、形成对应的加工程序，在六轴绳锯机上完成加工。实现异形弧板石材的自动化加工方法，提高了异型石材弧板的加工效率，提高了异形石材弧板的质量，减少了人力投入进而降低了异型弧板石材的加工成本。

Description

一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法
技术领域
本发明涉及石材加工方法，特别涉及一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法。
背景技术
绳锯机是石材加工中常用的生产设备。例如授权公告号为CN 211221442U的中国专利公开的五轴数控绳锯机，其由电控系统连接控制的升降机构、主动轮组、从动轮组、行车机构、旋转装置构成的五轴联动系统，可将石材工件加工造型成各种要求曲面和复杂形状。
现市面上存在异型弧板的生产需求，如用于贴合旋转楼梯侧壁面的异型弧板，由于异型弧板的前端曲线边缘的轮廓曲线与后端曲线边缘的轮廓曲线为不同形状的曲线，采用现有的绳锯机及其加工方式无法实现上述异型弧板的加工。因此现有的生产方式主要依赖手工加工，生产效率低，产品质量不稳定。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提供一种可实现异型弧板自动化生产的基于绳锯机的异型弧板石材加工方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1，绘制异型弧板前端曲线边缘的轮廓曲线T1，绘制异型弧板后端曲线边缘的轮廓曲线T2，所述T1、T2为XY平面上的二维曲线；
S2，设定异型弧板中心点，且该中心的处于锯绳的竖向投影面内，以该中心点为原点建立工件坐标系；
S3，设定虚拟坐标轴Z，对轮廓曲线T1进行离散，获得各离散点坐标P 1i (x 1i ,y 1i ,z 1i )，（i=1,2,3,....,n），对轮廓曲线T2进行离散，获得各离散点坐标P 2i (x 2i ,y 2i ,z 2i )，（i=1,2,3,....,n），轮廓曲线T1的离散点数量与轮廓曲线T2的离散点数量一致；
S4，将轮廓曲线T1与T2的离散点按排列顺序依次组合成对，一组成对的离散点形成一瞬时加工状态，
建立基于工件坐标系的直线方程：
Figure 729778DEST_PATH_IMAGE001
，（i=1,2,3,....,n）；
输入C轴的回转中心坐标为Oc（xc,zc）；
计算C轴的目标位置
Figure 709236DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 551290DEST_PATH_IMAGE003
（i=1,2,3,....,n）；
计算X轴的目标位置
Figure 8816DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 885505DEST_PATH_IMAGE005
（i=1,2,3,....,n）；
绳锯机的切割绳段的左右两端点独立升降，分别表示为Y1轴和Y2轴；
输入原点距离切割绳段左端点的Z轴距离为L1，原点距离切割绳右端点的Z轴距离为L2；
轮廓曲线T1与T2的离散点P 1i (x 1i ,y 1i ,z 1i )和P 2i (x 2i ,y 2i ,z 2i )，经过了C轴的旋转角度Ci，以及X轴的移动目标位置Xi，坐标位置变换了P´ 1i (x´ 1i ,y´ 1i ,z´ 1i )和P´ 2i (x´ 2i ,y´ 2i ,z´ 2i )，其中
x´ 1i = x´ 2i =Xi
y´ 1i =y 1i
y´ 2i =y 2i
Figure 770285DEST_PATH_IMAGE006
Figure 37318DEST_PATH_IMAGE007
计算切割绳段左端点Y1轴的目标位置
Figure 298535DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 29730DEST_PATH_IMAGE009
（i=1,2,3,....,n）；
切割绳段右端点Y2轴的目标位置
Figure 85411DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 902057DEST_PATH_IMAGE011
（i=1,2,3,....,n）；
S5，将步骤S4计算出各瞬时加工状态下的各个坐标轴的目标位置
Figure 639069DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 224771DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 716933DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 958558DEST_PATH_IMAGE010
，通过直线插补的方式生成C轴、X轴、Y1轴、Y2轴动作轨迹，并形成对应的加工程序，在 六轴绳锯机上完成加工。
进一步的，步骤S4中，切割绳段左端点设有左导轮，切割绳段右端点设有右导轮；
计算左导轮A轴目标旋转角度
Figure 295999DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 1786DEST_PATH_IMAGE013
（i=1,2,3,....,n）；
计算左导轮B轴旋转目标角度
Figure 399270DEST_PATH_IMAGE014
：
Figure 128191DEST_PATH_IMAGE015
（i=1,2,3,....,n）；
步骤S5中，将步骤S4计算出各瞬时加工状态下的各个坐标轴的目标位置
Figure 269323DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 829617DEST_PATH_IMAGE014
， 通过直线插补的方式生成A轴、B轴动作轨迹，并形成对应的加工程序，在六轴绳锯机上完成 加工。
进一步的，通过寻边、分中方式确定异型弧板中心点。
进一步的，若轮廓曲线T1或T2曲线为圆弧图元，则对各圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，圆弧图元的离散点表示为：
Figure 601264DEST_PATH_IMAGE016
，（i=1,2,3,....,n）；
(xc,yc)为圆心坐标，r为圆弧半径，α为起点相位角，β为圆心角，n为轮廓曲线T1或T2的离散点数量。
进一步的，若轮廓曲线T1或T2曲线为椭圆弧图元，则对各椭圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，椭圆弧图元的离散点表示为：
Figure 614219DEST_PATH_IMAGE017
，（i=1,2,3,....,n）；
其中，(xc,yc)为椭圆中心坐标，a为长轴，b为短轴，α为起点相位角，β为圆心角，n为轮廓曲线T1或T2的离散点数量。
进一步的，若轮廓曲线T1或T2曲线为三次样条曲线图元，则对各三次样条曲线图元在横轴方向上以设定的距离进行离散，三次样条曲线图元的离散点可表示为：
Figure 559042DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 973842DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，Si(x)为第i段三次样条曲线对应的坐标方程，a i ，b i ，c i ，d i 分别样条曲线的4n个未知数。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明提供的一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其有益效果如下：通过异型弧板两端的轮廓曲线进行离散，并对离散点进行依次组合成对，计算出各每对离散点连线加工对应的六轴绳锯机各个伺服轴的目标点位，利用六轴绳锯机实现异型弧板石材的加工，实现异形弧板石材的自动化加工方法，提高了异型石材弧板的加工效率，提高了异形石材弧板的质量，减少了人力投入进而降低了异型弧板石材的加工成本。
附图说明
图1为本发明在YZ平面上的加工示意图。
图2是本发明在XZ平面上的加工示意图。
图3是本发明在XY平面上的轨迹示意图。
图4是本发明的加工过程示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1至图4所示，一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，包括下列步骤：
S1，绘制异型弧板前端曲线边缘的轮廓曲线T1，绘制异型弧板后端曲线边缘的轮廓曲线T2，所述T1、T2为XY平面上的二维曲线；
S2，通过寻边、分中方式确定异型弧板中心点，设定异型弧板中心点，且该中心的处于锯绳的竖向投影面内，以该中心点为原点建立工件坐标系；
S3，设定虚拟坐标轴Z，Z轴坐标为轮廓曲线T1或T2所处XY平面相对于原点的坐标，对轮廓曲线T1进行离散，获得各离散点坐标P 1i (x 1i ,y 1i ,z 1i )，（i=1,2,3,....,n），对轮廓曲线T2进行离散，获得各离散点坐标P 2i (x 2i ,y 2i ,z 2i )，（i=1,2,3,....,n），轮廓曲线T1的离散点数量与轮廓曲线T2的离散点数量一致；
S4，将轮廓曲线T1与T2的离散点按排列顺序依次组合成对，一组成对的离散点形成一瞬时加工状态，
建立基于工件坐标系的直线方程：
Figure 916391DEST_PATH_IMAGE020
，（i=1,2,3,....,n）；
输入C轴的回转中心坐标为Oc（xc,zc）；
计算C轴的目标位置
Figure 416642DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 899576DEST_PATH_IMAGE021
（i=1,2,3,....,n）；
计算X轴的目标位置
Figure 372146DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 547912DEST_PATH_IMAGE022
（i=1,2,3,....,n）；
绳锯机的切割绳段的左右两端点独立升降，分别表示为Y1轴和Y2轴；
输入原点距离切割绳段左端点的Z轴距离为L1，原点距离切割绳右端点的Z轴距离为L2；
轮廓曲线T1与T2的离散点P 1i (x 1i ,y 1i ,z 1i )和P 2i (x 2i ,y 2i ,z 2i )，经过了C轴的旋转角度Ci，以及X轴的移动目标位置Xi，坐标位置变换了P´ 1i (x´ 1i ,y´ 1i ,z´ 1i )和P´ 2i (x´ 2i ,y´ 2i ,z´ 2i )，其中
x´ 1i = x´ 2i =Xi
y´ 1i =y 1i
y´ 2i =y 2i
Figure 535460DEST_PATH_IMAGE023
Figure 759768DEST_PATH_IMAGE024
计算切割绳段左端点Y1轴的目标位置
Figure 883581DEST_PATH_IMAGE025
：
Figure 230249DEST_PATH_IMAGE026
（i=1,2,3,....,n）；
切割绳段右端点Y2轴的目标位置
Figure 705093DEST_PATH_IMAGE027
：
Figure 733092DEST_PATH_IMAGE028
（i=1,2,3,....,n）；
切割绳段左端点设有左导轮，切割绳段右端点设有右导轮；
计算左导轮A轴目标旋转角度
Figure 976991DEST_PATH_IMAGE029
：
Figure 228981DEST_PATH_IMAGE030
（i=1,2,3,....,n）；
计算左导轮B轴旋转目标角度
Figure 191121DEST_PATH_IMAGE031
：
Figure 819548DEST_PATH_IMAGE032
（i=1,2,3,....,n）；
S5，将步骤S4计算出各瞬时加工状态下的各个坐标轴的目标位置
Figure 121216DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 544108DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 993543DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 425662DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 316257DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 175629DEST_PATH_IMAGE031
，通过直线插补的方式生成C轴、X轴、Y1轴、Y2轴、A轴、B轴动作轨迹，并形成对应 的加工程序，在六轴绳锯机上完成加工。
若轮廓曲线T1或T2曲线为圆弧图元，则对各圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，圆弧图元的离散点表示为：
Figure 846782DEST_PATH_IMAGE016
，（i=1,2,3,....,n）；
(xc,yc)为圆心坐标，r为圆弧半径，α为起点相位角，β为圆心角，n为轮廓曲线T1或T2的离散点数量。
若轮廓曲线T1或T2曲线为椭圆弧图元，则对各椭圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，椭圆弧图元的离散点表示为：
Figure 20274DEST_PATH_IMAGE017
，（i=1,2,3,....,n）；
其中，(xc,yc)为椭圆中心坐标，a为长轴，b为短轴，α为起点相位角，β为圆心角，n为轮廓曲线T1或T2的离散点数量。
若轮廓曲线T1或T2曲线为三次样条曲线图元，则对各三次样条曲线图元在横轴方向上以设定的距离进行离散，三次样条曲线图元的离散点可表示为：
Figure 93272DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 123545DEST_PATH_IMAGE036
；
其中，Si(x)为第i段三次样条曲线对应的坐标方程，a i ，b i ，c i ，d i 分别样条曲线的4n个未知数。
该基于绳锯机的异型弧板石材加工方法对应的绳锯机为六轴绳锯机，该绳锯机的切割绳绕设于左轮组和右轮组，左轮组与右轮组具备独立升降驱动，即左轮组对应Y1轴动作轨迹，右轮组对应Y2轴的动作轨迹。待加工工件设于工件台上，工件台具备沿X轴方向的移动能力，以及绕工件台竖直轴线旋转的能力，即工件台对应X轴、C轴运动轨迹。切割绳段的左端点设有左导轮，切割绳段右端点设有右导轮，通过左导轮和右导轮的旋转，使左导轮和右导轮相对切割绳的始终提供支撑力，避免切割绳脱出左导轮或右导轮，即左导轮对应A轴运动轨迹，右导轮对应B运动轨迹。
若所加工的异型弧板为均匀厚度的板，则下一次切割动作相对于上一次切割动作，进行Y轴动作向下偏移厚度距离，两次动作切割出一块异型弧板，实现异型弧板的连续切割产出。
若所加工的异型弧板为厚度不均匀板，则后一次切割的前端曲线边缘的轮廓曲线与后端曲线边缘的轮廓曲线与前一次不同，则输入新的前端曲线边缘的轮廓曲线与后端曲线边缘的轮廓曲线，按照上述步骤方法重新计算规划后一次切割对应的加工程序。
上述仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1，绘制异型弧板前端曲线边缘的轮廓曲线T1，绘制异型弧板后端曲线边缘的轮廓曲线T2，所述T1、T2为XY平面上的二维曲线；
S2，设定异型弧板中心点，且该中心的处于锯绳的竖向投影面内，以该中心点为原点建立工件坐标系；
S3，设定虚拟坐标轴Z，对轮廓曲线T1进行离散，获得各离散点坐标P 1i (x 1i ,y 1i ,z 1i )，（i=1,2,3,....,n），对轮廓曲线T2进行离散，获得各离散点坐标P 2i (x 2i ,y 2i ,z 2i )，（i=1,2,3,....,n），轮廓曲线T1的离散点数量与轮廓曲线T2的离散点数量一致；
S4，将轮廓曲线T1与T2的离散点按排列顺序依次组合成对，一组成对的离散点形成一瞬时加工状态，
建立基于工件坐标系的直线方程：
Figure 357067DEST_PATH_IMAGE001
，（i=1,2,3,....,n）；
输入C轴的回转中心坐标为Oc（xc,zc）；
计算C轴的目标位置
Figure 68671DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 996176DEST_PATH_IMAGE003
（i=1,2,3,....,n）；
计算X轴的目标位置
Figure 197350DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 843095DEST_PATH_IMAGE005
（i=1,2,3,....,n）；
绳锯机的切割绳段的左右两端点独立升降，分别表示为Y1轴和Y2轴；
输入原点距离切割绳段左端点的Z轴距离为L1，原点距离切割绳右端点的Z轴距离为L2；
轮廓曲线T1与T2的离散点P 1i (x 1i ,y 1i ,z 1i )和P 2i (x 2i ,y 2i ,z 2i )，经过了C轴的旋转角度Ci，以及X轴的移动目标位置Xi，坐标位置变换了P´ 1i (x´ 1i ,y´ 1i ,z´ 1i )和P´ 2i (x´ 2i ,y´ 2i ,z´ 2i )，其中
x´ 1i = x´ 2i =Xi
y´ 1i =y 1i
y´ 2i =y 2i
Figure 155128DEST_PATH_IMAGE006
Figure 140402DEST_PATH_IMAGE007
计算切割绳段左端点Y1轴的目标位置
Figure 512477DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 645518DEST_PATH_IMAGE009
（i=1,2,3,....,n）；
切割绳段右端点Y2轴的目标位置
Figure 761242DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 601022DEST_PATH_IMAGE011
（i=1,2,3,....,n）；
S5，将步骤S4计算出各瞬时加工状态下的各个坐标轴的目标位置
Figure 143999DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 498756DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 355854DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 112457DEST_PATH_IMAGE010
，通 过直线插补的方式生成C轴、X轴、Y1轴、Y2轴动作轨迹，并形成对应的加工程序，在六轴绳锯 机上完成加工。
2.根据权利要求1所述一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：步骤S4中，切割绳段左端点设有左导轮，切割绳段右端点设有右导轮；
计算左导轮A轴目标旋转角度
Figure 826336DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 933969DEST_PATH_IMAGE013
（i=1,2,3,....,n）；
计算左导轮B轴旋转目标角度
Figure 329178DEST_PATH_IMAGE014
：
Figure 940288DEST_PATH_IMAGE015
（i=1,2,3,....,n）；
步骤S5中，将步骤S4计算出各瞬时加工状态下的各个坐标轴的目标位置
Figure 90647DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 419997DEST_PATH_IMAGE014
，通过直 线插补的方式生成A轴、B轴动作轨迹，并形成对应的加工程序，在六轴绳锯机上完成加工。
3.根据权利要求1所述一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：通过寻边、分中方式确定异型弧板中心点。
4.根据权利要求1所述一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：若轮廓曲线T1或T2曲线为圆弧图元，则对各圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，圆弧图元的离散点表示为：
Figure 618897DEST_PATH_IMAGE016
，（i=1,2,3,....,n）；
(xc,yc)为圆心坐标，r为圆弧半径，α为起点相位角，β为圆心角，n为轮廓曲线T1或T2的离散点数量。
5.根据权利要求1所述一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：若轮廓曲线T1或T2曲线为椭圆弧图元，则对各椭圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，椭圆弧图元的离散点表示为：
Figure 84513DEST_PATH_IMAGE017
，（i=1,2,3,....,n）；
其中，(xc,yc)为椭圆中心坐标，a为长轴，b为短轴，α为起点相位角，β为圆心角，n为轮廓曲线T1或T2的离散点数量。
6.根据权利要求1所述一种基于绳锯机的异型弧板石材加工方法，其特征在于：若轮廓曲线T1或T2曲线为三次样条曲线图元，则对各三次样条曲线图元在横轴方向上以设定的距离进行离散，三次样条曲线图元的离散点可表示为：
Figure 405773DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 160103DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，Si(x)为第i段三次样条曲线对应的坐标方程，a i ，b i ，c i ，d i 分别样条曲线的4n个未知数。
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