DE3854036T2 - Numerische datenvorbereitung zur bearbeitung gekrümmrter oberflächen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung gekrümmter Oberflächen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verfahren zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung einer gekrümmten Oberfläche, die eine Abtragungsbearbeitungs-Grenzoberfläche in der Tiefenrichtung hat.
• Bei der numerisch gesteuerten Bearbeitung einer dreidimensionalen Gießform oder dgl. wird eine gekrümittte Oberfläche durch eine Vielzahl von Schnittkurven definiert, es wird eine Punktfolge auf der gekrümmten Oberfläche aus Daten, wie solschen, die hinweisend auf die Schnittkurven sind, erzeugt, es werden Daten, welche sich auf die erzeugte Punktfolge auf der gekrümmten Oberfläche beziehen, auf einem NC-Band gespeichert, und es wird die Bearbeitung der gekrümmten Oberfläche mittels Befehlen von dem NC-Band ausgeführt.
• Wenn eine gekrümmte Oberfläche durch Daten (Schnittkurven-Daten) in einer Gießform-Konstruktionszeichnung definiert wird und der gesamte Bereich der erzeugten gekrümmten Oberfläche bearbeitet wird, gibt es Fälle, in denen in eine benachbarte Oberfläche hineingeschnitten wird oder in denen umgekehrt ein übermäßig großer Leer-Schnittweg erzeugt wird, was zu einer Vergeudung im Sinne der Bearbeitung führt.
• Infolgedessen ist ein Verfahren entwickelt worden, das benutzt wird, wenn eine gekrümmte Oberfläche 101 bearbeitet wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Das Verfahren enthält Schritte zum Bestimmen einer Abtragungsbearbeitungsgrenze 105 in der Tiefenrichtung in einer Ebene 104, die in einer Höhe ZH von einer XY-Ebene aus liegt, zum Ausgeben einer Bearbeitungspunktfolge Pi (i = 1, 2, ...) bis hin zu der Abtragungsbearbeitungsgrenze, um dadurch NC-Daten zu erzeügen, und nachfolgend zum Erzeugen von NC-Daten in derselben Art und Weise auf das Durchführen eines schrittweisen Vörschubs hin. Es sei angemerkt, daß eine Entscheidung darüber, ob die Punktfolge Pi die Abtragungsbearbeitungsgrenze 105 erreicht hat, auf der Grundlage einer Entscheidung darüber getroffen wird, ob die Z-Koordinate der Punktfolge Pi kleiner als ZH geworden ist.
• Wenn eine gekrümmte Oberfläche 101' bearbeitet wird, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, gibt es Zeitpunkte, zu denen es erwünscht ist, ein Einschneiden durch Annahme einer beliebigen gekrümmten Oberfläche 104' als Abtragungsbearbeltungsgrenze in der Abtragungsrichtung zu verhindern. Beispielsweise gibt es Fälle, in denen ein Fernseher-Rahmen auf der gekrümmten Oberfläche einer Katodenstrahlröhre ausgearbeitet wird. In Fällen wie diesen wird eine Bearbeitung nach dem Stand der Technik schwierig.
• Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung gekrümmter Oberflächen zu schaffen, bei dem eine beliebige gekrümmte Oberfläche als eine Abtragungsbearbeitungs- Grenzoberfläche in der Tiefenrichtung angenommen wird.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein NC-Daten-Erzeugungsverfahren zur Bearbeitung einer gekrümmten Oberfläche, die eine Abtragungsbearbeitungs-Grenzoberfläche in der Tiefenrichtung hat.
• Es werden Daten eingegeben, die eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche und eine gekrümmte Oberfläche- einer Abtragungsbearbeitungsgrenze in der Tiefenrichtung bezeichnen. Wenn die dreidimensionale gekrümmte Oberfläche durch einen Satz aus einer Vielzahl von Punktfolge-Wegen definiert ist, wird eine Punktfolge Q(i,j) einer Werkzeugschneidenecke entsprechend einer Bearbeitungs-Punktfolge A(i,j) bestimmt. Als nächstes wird sowohl eine projizierte Punktfolge B'(i,j), die durch Projizieren der Punktfolge Q(i,j) der Werkzeugschneidenecke auf eine Bezugsebene gewonnen ist, als auch eine projizierte Punktfolge C(i,j), die durch Projizieren der zuerst genannten projizierten Punktfolge auf die gekrümmte Oberfläche der Abtragungsbearbeitungsgrenze gewonnen ist, bestimmt. Danach wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob ein Liniensegment, das Punkte der Punktfolge Q(i,j) der Werkzeugschneidenecke verbindet, und ein Liniensegment, das Punkte der projizierten Punktfolge C(i,j) auf der gekrümmten Oberfläche der Abtragungsbearbeitungsgrenze verbindet, einander durchschneiden. Wenn sie einander durchschneiden, werden NC-Daten bis zu dem Punkt der Durchschneidung P(i,j) erzeugt. Nachfolgend werden in derselben Art und Weise auf das Durchführen eines schrittweisen Vorschubs hin NC-Daten erzeugt.
• Fig. 1 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben der allgemeinen Merkmale eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer NC-Daten-Erzeugungseinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 zeigt das Flußdiagramm eines Verfahrens zu einer Verarbeitung gemäß der Erfindung.
• Fig. 4 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben von Punktfolge- Wegen auf einer gekrümmten Oberfläche.
• Fig. 5 zeigt eine Darstellung, welche die Beziehüng zwischen einem Punktfolge-Weg, dem Zentrum eines Werkzeugs und der Werkzeugschneidenecke verdeutlicht.
• Fig. 6 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben eines Beispiels aus dem Stand der Technik.
• Fig. 7 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben einer Bearbeitung, die mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik unmöglich ist.
• Fig. 1 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben der allgemeinen Merkmale eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung einer gekrümmten Oberfläche.
• Die folgenden Bezugszeichen bezeichnen: 101 eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche, die zu bearbeiten ist, 102 eine gekrümmte Grenzoberfläche, welche die Abtragungsbearbeitungsgrenzen der gekrümmten Oberfläche 101 bestimmt, 103 eine X-Y- Ebene, 11i einen i-ten Punktfolge-Weg auf der bearbeiteten gekrümmten Oberfläche 101, A(i,j) einen j-ten Punkt auf dem Punktfolge-Weg 11i, B(i,j) einen Versatzpunkt eines Werkzeugs TL, wobei der Punkt A(i,j) als ein Bearbeitungspunkt dient, Q(i,j) einen Punkt einer Werkzeugschneidenecke und C(i,j) einen Punkt auf der gekrümmten Grenzoberfläche 102, der einem projizierten Punkt B'(i,j) entspricht, welcher durch Projizieren des Punkts B(i,j) auf die X-Y-Ebene gewonnen ist. P(i,j) repräsentiert den Punkt der Durchschneidung zwischen einem Liniensegment
• das Punkte einer Folge von Punkten der Werkzeugschneidenecke verbindet, und einem Liniensegment das projizierte Punkte auf der
• gekrümmten Grenzoberfläche 102 verbindet, welche der zuvor genannten Folge von Punkten der Werkzeugschneidenecke entsprechen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung dient ein erster Schritt dazu, sowohl Daten, welche die erste dreidimensionale gekrümmte Oberfläche bestimmen, die zu bearbeiten gewünscht ist, als auch Daten einzugeben, welche die zweite dreidimensionale gekrümmte Oberfläche 102 bestimmen, welche die Abtragungsbearbeitungsgrenze der ersten dreidimensionalen gekrümmten Oberfläche in der Tiefenrichtung schafft, sowie die erste bearbeitete Oberfläche 101 und die zweite gekrümmte Grenzoberfläche 102 durch betreffende Sätze einer Vielzahl von Punktfolge-Wegen auf diesen gekrümmten Oberflächen zu bestimmen. Das Verfahren zum Bestimmen einer Vielzahl von Punktfolgen auf einer gekrümmten Oberfläche aus Daten für eine gekrümmte Oberfläche ist bekannt. Beispielsweise ist ein derartiges Verfahren aus den Druckschriften USP 4,569,014 u. USP 4,589,062 bekannt.
• Als nächstes werden bestimmt: die Werkzeugversatz-Punktfolge B(i,j), welche der Punktfolge A(i,j) auf der gekrümmten bearbeiteten Oberfläche 101 entspricht, die Punktfolge Q(i,j) der Werkzeugschneidenecke, die projizierte Punktfolge B' (i,j), welche durch Projizieren der Werkzeugschneidenecke-Punktfolge auf die X-Y-Ebene 103 gewonnen wird, und die projizierte Punktfolge C(i,j), welche durch Projizieren der zuvor genannten Punktfolge auf die gekrümmte Grenzoberfläche 102 gewonnen wird.
• Danach wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob das Liniensegment
• welches Punkte der Werkzeugschneidenecke-Punktfolge verbindet, und das Liniensegment
• welches Punkte der projizierten Punktfolge auf der gekrümmten Grenzoberfläche 102 verbindet, einander durchschneiden. Falls sich die Liniensegmente durchschneiden, wird ein Werkzeugversatz-Liniensegment bis zu dem Punkt der Durchschneidung P(i,j) ausgegeben, und es werden-NC-Daten erzeugt. Diesem folgt ein schrittweiser Vorschub, und die NC- Datenerzeugung wird in derselben Art und Weise dürchgeführt.
• Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer NC-Daten-Erzeugungseinrichtung, die in der Lage ist, die vorliegende Erfindung auszuführen, und Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Verarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 bezeichnen die folgenden Bezugszeichen: 201 eine Tastatur für die Dateneingabe, 203 einen ROM, der ein Steuerprogramm zum Erzeugen von NC-Daten gespeichert enthält, 204 einen RAM, 205 einen Arbeitsspeicher, 206 einen Speicher für gekrümmte Oberflächen zum Speichern erzeugter Daten für gekrümmmte Oberflächen, 207 eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben erzeugter Daten für gekrümmte Oberflächen an ein externes Speichermedium 208, z. B. ein Papierstreifen oder ein Magnetband, 209 einen Adreßbus und 210 einen Datenbus.
• Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung einer gekrümmten Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen anhand des Flußdiagrainms in Fig. 3 beschrieben.
• Zunächst werden sowohl Daten, welche die erste dreidimensionale gekrümmte Oberfläche 101 (Fig. 1) bezeichnen, als auch Daten, welche die zweite dreidimensionale gekrümmte Oberfläche (die gekrümmte Grenzoberfläche) 102 bezeichnen, welche die Abtragungsbearbeitungsgrenze der ersten dreidimensionalen gekrümmten Oberfläche in der Tiefenrichtung schafft, über die Tastatur 201 eingegeben. Diese eingegebenen Daten werden in dem RAM 204 gespeichert. Es sei angemerkt, daß die dreidimensionalen gekrümmten Oberflächen durch Vortriebkurven 1a, 1b und Basiskurven 1c, 1d bezeichnet sind, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Demgemäß werden diese Kurvendaten eingegeben (Schritt 301).
• Wenn die Daten zum Bezeichnen der gekrümmten Oberflächen eingegeben worden sind, erzeugt der Prozessor 202 die erste bearbeitete gekrümmte Oberfläche 102 in Übereinstimmung mit der bekannten Technik, die in den zuvor angegebenen US-PS'n offenbart ist. Bei der Verarbeitung zur Erzeugung gekrümmter Oberflächen wird eine in Fig. 4 gezeigte zwischenliegende Schnittkurve 11i (i = 0, 1, 2, ... M), die ein Punktfolge-Weg ist, erzeugt, und es wird eine gekrümmte Oberfläche mittels eines Satzes solcher zwischenliegenden Schnittkurven erzeugt (Schritt 302)
• Als nächstes führt der Prozessor 202 die Operationen
• 0 -> i, 0 -> j durch (Schritt 303), und es wird ein j-ter Punkt A(i,j) eines i-ten Wegs 11i auf der bearbeiteten gekrümmten Oberfläche 101 bestimmt (Schritt 304)
• Wenn der Punkt (A(i,j) gefunden worden ist, wird eine Senkrechte zu dem Weg 11i bei dem Punkt A(i,j) errichtet, es wird der Mittelpunkt (Versatzpunkt) B(i,j) des Werkzeugversatzes mittels des Werkzeugradius R gefunden, und es wird der in Fig. 5 gezeigte Werkzeugschneidenecke-Punkt Q(i,j) bestimmt (Schritt 305. Ein Verfahren zum Bestimmen der Richtung der Senkrechten ist bekannt und in der Druckschrift USP 4,559,601 offenbart.
• Als nächstes wird der projizierte Punkt BT (i,j) bestimmt, der durch Einfallenlassen des Werkzeug-Versatzpunkts B(i,j) oder des Werkzeugschneidenecke-Punkts Q(i,j) senkrecht auf die X-Y-Ebene gewonnen wird (Schritt 306).
• Wenn der projizierte Punkt BV (i,j) auf der X-Y-Ebene gewonnen worden ist, wird dieser projizierte Pnkt senkrecht angehoben, um den projizierten Punkt C(i,j) auf der gekrümmten Grenzoberfläche 102 zu gewinnen (Schritt 307). Ein Verfahren zum Gewinnen eines projizierten Punkts auf einer gekrümmten Oberfläche ist bekannt. Beispielsweise ist dieses Verfahren in der Internationalen Offenlegungsschrift Nr. W086/05289 (Titel: "Complex Curved Surface Creation Method", Offenlegungsdatum: 12. September 1986) offenbart.
• Danach wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob das Liniensegment welches Punkte der Werkzeugschneidenecke-Punktfolge verbindet, und das Liniensegment welches Punkte der projizierten Punktfolge auf der gekrümmten Grenzoberfläche 102 verbindet, einander durchschneiden (Schritt 308). Falls sich die Liniensegmente nicht durchschneiden, speichert der Prozessor 202 den Punkt B(i,j) in dem Speicher für gekrümmte Oberflächen 206, führt die Operation durch, um j zu erhöhen, und wiederholt die Verarbeitung von Schritt 304 an (Schritt 309)
• Falls sich andererseits diese Liniensegmente nicht durchschneiden, wird der Punkt P(i,j) der Durchschneidung gewonnen (Schritt 310)
• Der Prozessor 202 bestimmt einen Versatzpunkt Be(i,j), der um den Werkzeugradius R in der Z-Richtung höher liegt als der Punkt der Durchschneidung P(i,j), und speichert den Versatzpunkt Be(i,j) in dem Speicher für gekrümmte Oberflächen 206 (Schritt 311)
• Als nächstes wird bestimmt, ob i = M gilt (Schritt 312) . Es sei angemerkt, daß der M-te Punktfolge-Weg der letzte Punktfolge-Weg ist.
• Falls gefunden wird, daß i ≠ M gilt, führt der Prozessor 202 die Operation
• i +1 -> i
• durch, um i zu erhöhen, und wiederholt die Verarbeitung von Schritt 304 an (Schritt 313).
• Falls bei der Bestimmung in Schritt 312 gefunden wird, daß i M gilt, wird die Verarbeitung beendet. Darauffolgt die Erzeugung von NC-Daten für die Bearbeitung der gekrümmten Oberfläche unter Benutzung der Punktfolge-Daten, die in dem Speicher für gekrümmte Oberflächen 206 gespeichert sind, und das Ausgeben der NC-Daten über die Ausgabeeinheit 207.
• Demzufolge ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, NC-Daten durch Bezeichnen einer Abtragungsbearbeitungsgrenze in der Tiefenrichtung mittels einer beliebigen gekrümmten Oberfläche zu erzeugen und Bearbeitungspunkte bis zu der Abtragungsbearbeitungsgrenze auszugeben. Dies ermöglicht es, Teile, wie Fernseher-Rahmen, bei denen sich die Grenze in der Tiefenrichtung dreidimensional verändert, zu bearbeiten.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung gekrümmter Oberflächen, gekennzeichnet durch

einen ersten Schritt zum Eingeben von Daten, die eine erste zu bearbeitende dreidimensionale Oberfläche (101) bezeichnen, und von Daten, die eine zweite dreidimensionale Oberfläche (102) bezeichnen, welche eine Abtragungsbearbeitungsgrenze der ersten dreidimensionalen Oberfläche in einer Tiefenrichtung bestimmt, die senkrecht zu einer Bezugsebene (103) liegt,

einen zweiten Schritt zum Bestimmen einer Punktfolge (Qi, j), die von einer Werkzeugschneidenecke zu durchlaufen ist und einer Bearbeitungspunktfolge (Ai,j) auf der ersten gekrümmten Oberfläche (101) entspricht, wenn die erste dreidimensionale gekrümmte Oberfläche (101) durch einen Satz aus einer Vielzahl von Punktfolgewegen (lli), die durch das Werkzeug zu bearbeiten sind und unter Benutzung der Daten erzeugt werden, definiert ist,

einen dritten Schritt zum Bestimmen einer projizierten Punktfolge (B'i,j), die durch Projizieren der Werkzeugschneidenecke-Punktfolge (Qi,j) auf die Bezugsebene (103) gewonnen wird, und zum Bestimmen einer durch Projizieren der erstgenannten projizierten Punktfolge (B'i,j) auf die zweite gekrümmte Oberfläche (102) gewonnenen projizierten Punktfolge (Ci,j) auf der zweiten gekrümmten Oberfläche (102),

einen vierten Schritt zum Prüfen, um festzustellen, ob sich ein Liniensegment, das die Werkzeugschneidenecke- Punktfolge (Qi,j) verbindet, und ein Liniensegment, das die projizierte Punktfolge (Oi,j) auf der zweiten gekrümmten Oberfläche (102) verbindet, durchschneiden,

einen fünften Schritt zum Erzeugen von NC-Daten bis zu einem Punkt der Durchschneidung P(i,j) hin, wo sich die Liniensegmente durchschneiden, und

einen sechsten Schritt zum nachfolgenden Durchführen eines schrittweisen Vorschubs und des Erzeugens von NCDaten in der gleichen Art und Weise.

2. Verfahren zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung gekrümmter Oberflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenn eine Werkzeugmitten achse in einer senkrechten Richtung ausgerichtet ist, der zweite Schritt enthält: das Bestimmen einer Senkrechtenrichtung bei einem Punkt auf der ersten Oberfläche (101), das Bestimmen eines Werkzeugmittenversatzes in dieser Richtung um einen Werkzeugradius R, das Bestimmen eines Punkts, der um den Werkzeugradius R unter der Werkzeugmitte (Bi,j) liegt, und das Annehmen dieses Punkts (Qi,j) als die Werkzeugsschneidenecke.

3. Verfahren zum Erzeugen von NC-Daten zur Bearbeitung gekrümmter Oberflächen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schritt enthält: das Bestimmen eines Punkts Be(i,j), der in einer Z-Richtung um den Werkzeugradius höher liegt als der Punkt der Durchschneidung P(i,j), das Ausgeben der Werkzeugmitte B(i,j) bis zu einem Punkt hin, der kurz vor dem Punkt der Durchschneidung liegt, und schließlich das Ausgeben des Punkts Be(i,j).