TWI664512B - 可加工空間的計算方法 - Google Patents
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Abstract
一種可加工空間的計算方法，適於計算工件在多軸加工機臺上的可加工空間。可加工空間的計算方法至少包括下列步驟。將刀具路徑分類成多個定軸的加工路徑；依據刀具的加工行程空間與加工路徑，建立刀具路徑的可移動空間；依據加工機臺的干涉區域，建立刀具路徑的不可移動空間；以及將不可移動空間與可移動空間進行差集運算，以取得可加工空間。
Description
本發明是有關於一種計算方法，且特別是有關於一種計算工件在加工機臺上之可加工空間的方法。
五軸加工常用於加工複雜曲面造型的工件，例如塑膠模具、航太零件或是人工關節等。五軸加工相較於三軸加工多了兩個旋轉軸，根據球面座標系來看，兩個旋轉軸可以使刀軸旋轉到任意角度，而結合三個線性軸可以使刀具達到任意位置進行加工。一般來說，在CAM軟體中僅是以兩個旋轉軸所產生之刀軸向量出發，並只考慮刀具與工件之間的干涉問題，以產生刀具路徑，但在實際加工過程中，機臺的三個線性軸是有極限的，且在加工過程中主軸有可能和工作臺產生干涉，機臺各部件之間的干涉問題或超出各軸極限的問題往往更常發生，這些都是CAM軟體規劃刀具路徑時不會考慮到的。因此即便五軸工具機可以藉由兩旋轉軸使刀具產生和CAM軟體所生成的加工路徑上所有的刀軸向量完全一致，但在機臺上實際加工時卻有可能無法在一次夾持的情況下完成全部加工。如果產生上述加工問題，通常會調整工件的夾持位置或是調整刀軸向量重新生成刀具路徑，然而這兩種方法皆是使用試誤法來解決，然而此種試誤法是非常沒有效率的，有可能在嘗試了許多次後才發現刀具路徑並無法於該五軸機臺用來進行加工。
本發明提供一種可加工空間的計算方法，適於計算工件在多軸加工機臺上的可加工空間。計算方法至少包括下列步驟。將刀具路徑分類成多個定軸的加工路徑；依據刀具的加工行程空間與加工路徑，建立刀具路徑的可移動空間；依據加工機臺的干涉區域，建立刀具路徑的不可移動空間；以及將不可移動空間與可移動空間進行差集運算，以取得可加工空間。
在本發明的實施例中，刀具路徑是以刀軸向量計算旋轉角度，並依據旋轉角度進行分類。
在本發明的實施例中，加工機臺包括主軸鼻端以及連接主軸鼻端的刀具，建立刀具路徑的可移動空間包括計算刀具的加工行程空間，計算加工行程空間包括：以主軸鼻端作為原點，定義主軸鼻端加工行程空間；將主軸鼻端加工行程空間下降刀具的長度的距離，以取得刀尖加工行程空間；以及對刀尖加工行程空間進行空間座標轉換，以產生在刀軸下的刀具的加工行程空間。
在本發明的實施例中，建立刀具路徑的可移動空間包括：計算刀具的多個刀軸中的每一者的刀具路徑的包圍盒；計算以工件原點為基準，包圍盒與加工行程空間的差值，以建立在刀軸中的每一者之可移動空間子區域；以及將刀軸中的每一者的可移動空間子區域進行交集運算，以獲得可移動空間。
在本發明的實施例中，建立刀具路徑的不可移動空間還包括建立加工機臺的干涉幾何，並計算加工機臺的干涉區域，包括：計算加工機臺的刀具底面干涉區域，將刀具底面接觸加工機臺的干涉幾何，以刀具的刀尖點建立刀具底面干涉區域。
在本發明的實施例中，計算刀具底面干涉區域包括：計算刀具的刀軸向量與工件的面法向量的夾角；計算刀具的外型的角度；判斷夾角與角度之角度總和是否大於90度，其中若角度總和大於90度，則刀具底面為不可加工面，若角度總和小於90度，則刀具底面為可加工面。
在本發明的實施例中，計算刀具底面干涉區域還包括在判斷角度總和為小於90度之後，依據刀軸向量及面法向量，計算可加工面的偏移向量；依據偏移向量，偏移可加工面，以產生干涉偏移面；以及計算經偏移的可加工面的周圍曲線，並依據刀軸向量引伸至限制平面，以產生刀具底面干涉區域。
在本發明的實施例中，建立刀具路徑的不可移動空間還包括建立加工機臺的干涉幾何，並計算加工機臺的干涉區域，包括計算加工機臺的刀具側面干涉區域，將刀具側面接觸加工機臺的干涉幾何，以刀具的刀尖點建立刀具側面干涉區域。
在本發明的實施例中，計算刀具側面干涉區域包括：依據刀具的刀軸向量與可加工面的邊向量，計算邊偏移向量；依據邊偏移向量，偏移可加工面，以產生干涉偏移面；以及計算干涉偏移面的周圍曲線，並依據刀軸向量引伸至限制平面，以產生刀具側面干涉區域。
在本發明的實施例中，產生刀具側面之干涉偏移面包括依據邊偏移向量，將可加工面的周圍曲線偏移刀具底半徑的距離，以取得上邊界；依據邊偏移向量，將周圍曲線偏移刀具頂半徑的距離，並依據刀軸向量將周圍曲線偏移刀具長度的距離，以取得下邊界；以及結合上邊界與下邊界，以產生刀具側面之干涉偏移面。
基於上述，本發明實施例先依照機臺加工行程計算工件的可移動空間，再依照刀具外型與機臺部件外型進行計算以排除干涉區域，由此產生工件的可加工空間，此可加工空間即為工件在不產生機臺過行程與干涉問題之前提下可移動之範圍，亦即工件的夾持空間範圍。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依本發明實施例的可加工空間的計算方法10的概念流程圖。請參照圖1，可加工空間的計算方法10適於計算工件在多軸加工機臺上的可加工空間，舉例來說，方法10包括：階段A，將刀具路徑分類成多個定軸的加工路徑；階段B，依據刀具的加工行程空間與加工路徑，建立刀具路徑的可移動空間；階段C，依據加工機臺的干涉區域，建立刀具路徑的不可移動空間；以及階段D，將不可移動空間與可移動空間進行差集運算，以取得可加工空間。
圖2是依本發明實施例的可加工空間的計算方法20步驟流程圖，其進一步闡述圖1的概念流程圖各個階段的細節。請參照圖1及圖2，首先，在階段A中，將刀具路徑依照旋轉軸分類為多個定軸加工路徑，以分別建構旋轉角度矩陣與空間路徑點矩陣。由於五軸加工進行時，其加工路徑與空間是一個連續變化的關係，要直接計算此過程不容易且過程繁雜。因此，可以藉由先將刀具路徑依照旋轉角度分類，以將五軸加工路徑以多個定軸加工路徑近似，以便後續計算可移動空間。
舉例來說，執行圖2的步驟A110，讀取刀具路徑，接著，步驟A120，轉換刀具路徑以建立旋轉角度矩陣，以便後續以離散角度進行計算，例如將刀具路徑依照旋轉軸角度離散化分類，並於各個角度中記錄刀具路徑點。旋轉角度矩陣為由第四軸與第五軸角度所組成的二維矩陣，可設定其角度插補數值以調整欲計算之精度。刀具路徑中是以刀軸向量計算旋轉角度，須先將刀軸向量依機臺結構轉換為旋轉軸之角度，再將前後兩角度以線性插補進行移動，因此旋轉運動在旋轉角度矩陣上為一直線。在步驟A120建立旋轉角度矩陣的過程中，亦根據刀具軸向進行刀具路徑點的分離，如此即可將多軸加工過程，以多個定軸加工的狀況計算，最後再合併結果即可近似於多軸加工的結果。
接著，進行步驟A130，刀具路徑之空間路徑點矩陣計算。由於後續所計算之干涉區域須由路徑點偏移至原點計算，若根據刀具路徑插補點進行偏移，其計算量極度龐大，再加上加工為連續動作，使得兩鄰近刀具路徑之動作相似，因此可以透過空間路徑點矩陣近似所有的刀具路徑。舉例來說，可以將刀具路徑根據不同的刀軸角度進行劃分，並於各個刀軸下建立該刀軸的空間路徑點矩陣。
完成階段A的刀具路徑分類後，可執行階段B，依照機臺的行程空間與各個定軸加工路徑，建立各個軸向下工件的可移動空間。階段B可包括圖2的步驟B110，計算可移動空間、步驟B120，空間依旋轉角度進行座標轉換、步驟B130，更換刀軸角度、步驟B140，空間交集運算，以及步驟B150，獲得不產生過行程的可移動空間，其中在計算可移動空間的步驟B110例如包括計算刀尖加工行程空間以及計算刀具路徑的可移動空間。圖3A至圖3C是依本發明實施例的刀尖可加工之空間示意圖，圖4A至圖4F是依本發明實施例的刀具路徑的可移動空間示意圖，其中圖式僅示例性地繪示出加工機臺100的主軸鼻端110、刀具120及工作臺130（包括搖籃130A及盤面130B）。須說明的是，由於工件（未繪示）例如放置於工作臺130的盤面130B上，而可移動空間範圍是以工件座標定義，本發明實施例的計算皆是以工件座標出發。請先參照圖3A至圖3C，首先須定義加工行程空間S’，此空間S’先是以加工機臺100的主軸鼻端110作為原點，即機械座標原點。接著，如圖3B所示，在加工機臺100裝設刀具120後，以主軸鼻端110作為原點的加工行程空間S’將往Z軸下降一個刀具長度，即刀具120的刀尖的可加工空間S’’。接著，進行步驟B120，將刀尖的可加工空間S’’依據旋轉角度進行座標轉換，舉例來說，可透過適合的程式，將刀尖的可加工空間S’’依據在步驟A120中所建立的旋轉矩陣之角度進行座標轉換計算，以產生在該刀軸下刀具120的刀尖之可加工行程空間S，如圖3C所示。
計算完該刀軸的刀尖加工行程空間S後，接著則是建立刀具路徑的可移動空間。請參照圖4A至圖4F，以直線切削刀具路徑（如圖4A所示）為例，首先，如圖4B所示，計算在該刀軸下，以工件原點為基準之刀具路徑包圍盒BB，其次，如圖4C所示，將刀具路徑包圍盒BB與圖3C中所產生在該刀軸下刀具120的刀尖之可加工行程空間S擺放比較，以獲得刀具路徑包圍盒BB與加工行程空間S的差值，如圖4D所示。只要刀具路徑包圍盒BB在可加工行程空間S之內，則表示可進行加工而不會產生過行程的問題。然後，如圖4E及圖4F（圖4F為圖4E的立體視圖）所示，根據工件原點，以差值建構工件在該刀軸下的可移動空間子區域S
M1。接著，進行步驟B130，更換刀軸角度，並依據上述步驟計算在各個軸向下工件的可移動空間子區域（如圖4G的S
M1、S
M2、S
M3等）。計算完在各個軸向下工件的可移動空間子區域之後，則進行步驟B140，空間交集運算，也就是，如圖4G所示，將所有軸向的可移動空間子區域（S
M1、S
M2、S
M3等）進行交集運算，即可計算出符合各個軸向要求且不產生過行程之刀具路徑R的可移動空間S
M，即步驟B150。也就是說，可移動空間S
M可以符合刀具路徑中所有加工狀況，且此可移動空間S
M可以視是在不產生過行程之前提下，工件所能夾持的位置之集合。本發明的實施例是以離散的方式近似可移動空間S
M，由圖4G可看出此可移動空間S
M是不規則的幾何。
在圖1的階段C中，依據加工機臺的干涉區域，建立刀具路徑的不可移動空間，包括執行圖2的步驟C110，讀取干涉物體，以及步驟C120，依據刀具底面及刀具側面計算干涉區域實體。本發明的實施例將加工機臺的干涉區域的計算大致分為：依據刀具底面所計算之干涉區域以及依據刀具側面所計算之干涉區域。舉例來說，根據刀具底面計算之干涉區域，是將刀具底面接觸加工機臺的干涉幾何（即干涉區域），以刀尖點建立出刀具底面干涉區域。另外，根據刀具側面計算之干涉區域，則是將刀具側面接觸加工機臺的干涉幾何，以刀尖點建立出刀具側面干涉區域。藉由上述兩種類型的計算，完整地考慮刀具與加工機臺的干涉情況，藉此建立刀具不可進入的干涉區域。
進一步來說，在步驟C110讀取干涉物體中，需先建立加工機臺的干涉幾何，例如可藉由不同的幾何（如方形幾何與圓柱幾何，其中圓柱幾何可藉由多面之多邊柱幾何近似）構成實際機臺的干涉區域。另外，還需藉由實際使用之刀具尺寸來定義加工機臺的刀具。一方面來說，由於一般應用的計算程式是以刀具外型直接計算加工機臺的干涉區域，然而實際上應以刀具的刀尖點定義刀具不可進入的禁止區域，因此必須先將干涉區域向下偏移至刀尖平面，以獲得真正刀具禁止進入的干涉區域。另一方面來說，定義加工刀具時，由於直接以完整刀具尺寸不易計算干涉區域，因此，本發明的實施例將刀具進行分段計算。圖5是依本發明實施例的加工機臺的刀具示意圖，請參考圖5，在一些實施例中，可以利用圓柱的底直徑、頂直徑與高度分段建構刀具外型參數。舉例來說，以第一段刀具120A計算干涉區域時，由於刀尖即此圓柱底面的位置，因此不須偏移；以第二段刀具120B計算干涉區域時，實際刀尖位在目前第二段刀具120B的圓柱底面向下第一段刀具長度L1的位置，即第一段刀具長度，因此，須將干涉區域向下偏移第一段刀具長度L1的距離至刀尖平面PL；以第三段刀具120C計算干涉區域時，實際刀尖在目前圓柱底面向下第一段刀具長度L1與第二段刀具長度L2的總和的位置，因此，須將干涉區域向下偏移長度L1、L2總和之距離至刀尖平面PL，以此類推，最後可獲得完整刀具的干涉區域。也就是說，偏移的距離即前段刀具長度所累積的距離。由於相同刀具外型與機臺外型計算時，會產生相同的干涉區域，因此分段計算的優點是使用多個刀把進行加工時，可將相同外型的刀具合併計算，藉此提升計算效率。
在依據上述建立加工機臺的干涉幾何及定義加工機臺的刀具後，可執行步驟C120，依據刀具底面所計算之干涉區域與依據刀具側面所計算之干涉區域。圖6A是依本發明實施例依刀具底面計算底面干涉區域方法30的步驟流程圖，圖6B是依本發明實施例的工件與加工機臺示意圖，圖6C及圖6D是依圖6B中所取出的可加工面計算底面干涉區域的流程示意圖。請參照圖6A至圖6D，首先，以工件座標固定，將刀具依照旋轉角度轉動，以此刀軸向量T與C軸盤的面法向量N計算夾角，即可取得可加工面S
A，如圖6B所示，取出這些可加工面S
A（見圖6B的方框B2），以計算刀具底面與側面之干涉區域。具體來說，執行步驟S301，計算面法向量N與刀軸向量T之夾角的角度θ
1及刀具外型角度（例如側面角度）θ
2的角度總和θ。角度θ
1及θ
2可透過以下關係式計算：
----------- (1)
---------- (2) 其中，
表示面法向量，
表示刀軸向量，D1為刀具底直徑，D2為刀具頂直徑，L為刀具長度，如圖6B中的方框B1所示。
接著，在步驟S302，判斷角度總和θ是否大於90度。若角度總和θ小於90度，則表示刀具底面可以碰觸到該表面，即該刀具底面為可加工面S
A；若角度總和θ大於90度，則為不可加工面S
N。計算完成角度總和θ後，在步驟S303，若刀具底面為可加工面S
A，在干涉物體為圓柱幾何且圓柱的頂面（或底面）為不可加工面時的實施例中，可先將可加工面S
A側面依據圓柱的頂面以逆時針方向排序，如圖6B中的方框B2所示，其次，透過面法向量N與刀軸向量T計算可加工面S
A的偏移向量V，並依序依偏移向量V偏移各個可加工面S
A。偏移向量V可透過以下關係式計算：
---------- (3) 舉例來說，以偏移向量V向量將可加工面S
A偏移一個刀具底半徑，以獲得這些可加工面的干涉偏移面S
A’，即可取得刀具底面碰觸干涉幾何時刀尖點的所在位置。接著，在步驟S304中，連接所有干涉偏移面，例如計算這些可加工面S
A中任兩個可加工面S
A的側面之連接面S
con1、側面與頂面之連接面S
con2以及這些連接面之間的三角面S
TRI。如圖6C所示。之後，在步驟S305中，計算干涉偏移面S
A’的周圍曲線Cs，在步驟S306中，計算所有干涉偏移面S
A’之周圍曲線Cs，並依刀軸向量T引伸至限制平面S
LMT，其中限制平面S
LMT為機臺主軸碰觸到干涉物體時刀尖的偏移深度（即整段刀具之長度）。完成所有面的計算後，即可取得依據刀具底面所計算之干涉區域實體E
INT1（如圖6D所示）。
進一步來說，由於在步驟S304及步驟S305中，連接所有干涉偏移面S
A’之後，將依照不同的干涉物體計算連接面與限制平面，圖6B至圖6D繪示的是圓柱幾何的實施例，圖7A至圖7C則是依照本發明實施例計算當干涉物體為方形幾何的干涉區域的流程示意圖。請參照圖7A至圖7C，在干涉物體為方形幾何且所計算之可加工面S
A為三個（如圖7A所示）的實施例中，可先依前述公式計算可加工面S
A之面法向量N與刀軸向量T，並計算偏移向量V，接著，以偏移向量V依序偏移可加工面S
A，以獲得這些可加工面S
A的干涉偏移面S
A’，其中需計算這些可加工面S
A中任兩個可加工面之共同邊LS與這些干涉偏移面S
A’之共同頂點，以共同邊與這兩個可加工面的偏移向量計算這兩個可加工面的連接面S
con，再以共同頂點與這三個可加工面的偏移向量計算頂點三角面S
TRI（如圖7B所示），隨後，如圖7C所示，計算所有干涉偏移面S
A’的周圍曲線Cs，並依刀軸向量T引伸至限制平面S
LMT，即可產生刀具底面的方型幾何干涉區域實體。
除上述依據刀具底面計算干涉區域之外，還需依據刀具側面計算干涉區域。圖8A是依本發明實施例依據刀具側面計算側面干涉區域計算方法步驟流程圖，圖8B至圖8D依圖6B中所取出的可加工面計算側面干涉區域的流程示意圖，圖9是依本發明實施例結合刀具底面及刀具側面之干涉區域的示意圖。請參照圖8A至圖8D及圖9，首先，參考圖8B，在步驟S401，計算可加工面S
A之周圍曲線C
S0，並可透過邊向量E及刀軸向量T計算周圍曲線C
S0的邊偏移向量P，如以下關係式：
---------- (4) 接著，參考圖8C，將可加工面S
A之周圍曲線C
S0與刀具外型計算干涉偏移面S
A’，例如進行步驟S402，以邊偏移向量P將可加工面S
A的該邊偏移一個刀具底半徑以產生上邊界，以邊偏移向量P偏移一個刀具頂半徑並以刀軸向量N偏移一個刀具長度L以產生下邊界。在步驟S403，結合上邊界及下邊界，以產生刀具側面之干涉偏移面S
A’。接著，在步驟S404，連接干涉偏移面S
A’，例如計算這些可加工面S
A中任兩個可加工面S
A的側面之連接面S
con1、側面與頂面之連接面S
con2以及這些連接面之間的三角面S
TRI（如圖8C）。隨後，在步驟S404及步驟S405，計算所有干涉面的周圍曲線C
S並引伸至限制平面S
LMT，即可產生刀具側面的干涉區域實體E
INT2。之後，結合刀具底面的干涉區域實體E
INT1以及刀具側面的干涉區域實體E
INT2，則可獲得干涉區域實體E
INT，此區域即須排除之不可加工空間，如圖9所示。
最後，回到圖2的步驟流程圖，在如上述執行完步驟B150獲得可移動空間以及步驟C120獲得干涉區域實體後，執行步驟C130，以干涉區域與可移動空間之包圍盒過濾空間路徑點，以及步驟C140，依經過濾的空間路徑點偏移干涉區域實體，並執行步驟C150，更換刀軸角度並重複上述步驟以計算在各個刀軸角度下經偏移的干涉區域實體。進一步來說，圖10A是干涉區域與刀具路徑關係概念示意圖，圖10B及圖10C是依本發明實施例的干涉區域根據刀具路徑插補點偏移的概念示意圖。請參照圖10A至圖10C，在本發明的實施例中，刀具路徑R、干涉物OBJ與干涉區域A
INT皆是根據工件座標原點C
0所定義，干涉區域A
INT為此刀軸下刀具尖點不可進入之區域，而在加工過程中，刀具尖點皆依附在刀具路徑R之插補點上，即該插補點只要不移動至干涉區域A
INT之內，皆為可移動之範圍。若將所有插補點集中考量，即可近似於刀具路徑R之結果，如圖10B及圖10C所示，將干涉區域A
INT依照所有插補點相對位置，偏移至工件座標原點（即加工原點），即可集合所有插補點之不可移動範圍，即刀具路徑不可移動到之範圍。然而，逐個插補點計算會使得計算量極為龐大，因此已先將刀具路徑插補點以離散空間近似，藉此減少偏移之次數。
回到圖1，在階段D，將不可移動空間（經偏移後的干涉區域A
INT）與可移動空間（如圖4G的可移動空間S
M）進行差集運算，以取得可加工空間，例如圖2的步驟D110及步驟D120，此可加工空間即表示在加工過程中不會產生過行程與機臺干涉之前提下，刀具路徑可移動之空間範圍。
綜上所述，本發明實施例先依照機臺加工行程計算工件的可移動空間，再依照刀具外型與機臺部件外型進行計算以排除干涉區域，由此產生工件的可加工空間，也就是說，本發明實施例的計算方法可以針對CAM軟體所產生之刀具路徑進行分析，並考量機臺加工行程與機臺各部件間的干涉，藉此建立出工件的可加工空間，此可加工空間即為工件在不產生機臺過行程與干涉問題之前提下可移動之範圍，亦即工件的夾持空間範圍。此外，根據此可加工空間，可進一步利用加工時間目標函數，進行最佳化以找出可產生最短加工時間之夾持位置，而不須使用試誤法，藉此提升加工效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20‧‧‧方法
100‧‧‧加工機臺
110‧‧‧主軸鼻端
120‧‧‧刀具
120A‧‧‧第一段刀具
120B‧‧‧第二段刀具
120C‧‧‧第三段刀具
130‧‧‧工作臺
130A‧‧‧搖籃
130B‧‧‧盤面
A、B、C、D‧‧‧階段
A110、A120、A130、B110、B120、B130、B140、B150、C110、C120、C130、C140、C150、D110、D120‧‧‧步驟
AINT‧‧‧干涉區域
EINT、EINT1、EINT2‧‧‧干涉區域實體
BB‧‧‧包圍盒
B1、B2‧‧‧方框
C0‧‧‧工件座標原點
CS、CS0‧‧‧周圍曲線
E‧‧‧邊向量
L1、L2‧‧‧長度
LS‧‧‧共同邊
N‧‧‧面法向量
OBJ‧‧‧干涉物
P‧‧‧邊偏移向量
PL‧‧‧刀尖平面
R‧‧‧刀具路徑
S’、S’’、S‧‧‧空間
SA‧‧‧可加工面
SA’‧‧‧干涉偏移面
Scon、Scon1、Scon2‧‧‧連接面
SLMT‧‧‧限制平面
SM、SM1、SM2、SM3‧‧‧可移動空間
SN‧‧‧不可加工面
STRI‧‧‧頂點三角面
T‧‧‧刀軸向量
V‧‧‧偏移向量
Z‧‧‧Z軸
θ1、θ2‧‧‧角度
θ‧‧‧角度總和
圖1是依本發明實施例的可加工空間的計算方法的概念流程圖。 圖2是依本發明實施例的可加工空間計算方法步驟流程圖。 圖3A至圖3C是依本發明實施例的刀尖可加工之空間示意圖。 圖4A至圖4G是依本發明實施例的刀具路徑的可移動空間示意圖。 圖5是依本發明實施例的加工機臺的刀具示意圖。 圖6A是依本發明實施例依據刀具底面計算底面干涉區域方法的步驟流程圖。 圖6B是依本發明實施例的工件與加工機臺示意圖。 圖6C及圖6D是依圖6B中所取出的可加工面計算底面干涉區域的流程示意圖。 圖7A至圖7C是依本發明實施例計算當干涉物體為方形幾何的干涉區域的流程示意圖。 圖8A是依本發明實施例依據刀具側面計算側面干涉區域方法的步驟流程圖。 圖8B至圖8D依圖6B中所取出的可加工面計算側面干涉區域的流程示意圖。 圖9是依本發明的實施例結合刀具底面及刀具側面之干涉區域的示意圖。 圖10A是依本發明實施例的干涉區域與刀具路徑關係概念示意圖。 圖10B及圖10C是依本發明實施例的干涉區域根據刀具路徑插補點偏移的概念示意圖。
Claims (9)
- 一種可加工空間的計算方法，適於計算工件在多軸加工機臺上的可加工空間，所述計算方法包括：將刀具路徑分類成多個定軸的加工路徑，其中將所述刀具路徑分類包括以刀軸向量計算旋轉角度，並依據所述旋轉角度進行分類；依據刀具的加工行程空間與所述加工路徑，建立所述刀具路徑的可移動空間；建立所述加工機臺的干涉幾何，並計算所述加工機臺的干涉區域，其中所述干涉區域包括所述加工機臺的刀具底面干涉區域與所述加工機臺的刀具側面干涉區域；依據所述加工機臺的所述干涉區域，建立所述刀具路徑的不可移動空間；以及將所述不可移動空間與所述可移動空間進行差集運算，以取得所述可加工空間。
- 如申請專利範圍第1項所述的可加工空間的計算方法，其中所述加工機臺包括主軸鼻端以及連接所述主軸鼻端的刀具，建立所述刀具路徑的所述可移動空間包括計算所述刀具的所述加工行程空間，計算所述加工行程空間包括：以所述主軸鼻端作為原點，定義主軸鼻端加工行程空間；將所述主軸鼻端加工行程空間下降所述刀具的長度的距離，以取得刀尖加工行程空間；以及對所述刀尖加工行程空間進行空間座標轉換，以產生在刀軸下的所述刀具的所述加工行程空間。
- 如申請專利範圍第1項所述的可加工空間的計算方法，其中建立所述刀具路徑的所述可移動空間包括：計算所述刀具的多個刀軸中的每一者的所述刀具路徑的包圍盒；計算以工件原點為基準，所述包圍盒與所述加工行程空間的差值，以建立在所述刀軸中的每一者之可移動空間子區域；以及將所述刀軸中的每一者的所述可移動空間子區域進行交集運算，以獲得所述可移動空間。
- 如申請專利範圍第1項所述的可加工空間的計算方法，其中計算所述加工機臺的所述刀具底面干涉區域包括：將所述刀具底面接觸所述加工機臺的所述干涉幾何，以所述刀具的刀尖點建立所述刀具底面干涉區域。
- 如申請專利範圍第4項所述的可加工空間的計算方法，其中計算所述刀具底面干涉區域還包括：計算所述刀具的刀軸向量與所述工件的面法向量的夾角；計算所述刀具的外型的角度；以及判斷所述夾角與所述角度之角度總和是否大於90度，其中若所述角度總和大於90度，則所述刀具底面為不可加工面，若所述角度總和小於90度，則所述刀具底面為可加工面。
- 如申請專利範圍第5項所述的可加工空間的計算方法，其中計算所述刀具底面干涉區域還包括：在判斷所述角度總和為小於90度之後，依據所述刀軸向量及所述面法向量，計算所述可加工面的偏移向量；依據所述偏移向量，偏移所述可加工面，以產生干涉偏移面；以及計算經偏移的所述可加工面的周圍曲線，並依據所述刀軸向量引伸至限制平面，以產生所述刀具底面干涉區域。
- 如申請專利範圍第1項所述的可加工空間的計算方法，其中計算所述加工機臺的所述刀具側面干涉區域包括：將所述刀具側面接觸所述加工機臺的所述干涉幾何，以所述刀具的刀尖點建立所述刀具側面干涉區域。
- 如申請專利範圍第7項所述的可加工空間的計算方法，其中計算所述刀具側面干涉區域還包括：依據所述刀具的刀軸向量與可加工面的邊向量，計算邊偏移向量；依據所述邊偏移向量，偏移所述可加工面，以產生干涉偏移面；以及計算所述干涉偏移面的周圍曲線，並依據所述刀軸向量引伸至限制平面，以產生所述刀具側面干涉區域。
- 如申請專利範圍第8項所述的可加工空間的計算方法，其中產生所述刀具側面之所述干涉偏移面包括：依據所述邊偏移向量，將所述可加工面的周圍曲線偏移所述刀具底半徑的距離，以取得上邊界；依據所述邊偏移向量，將所述周圍曲線偏移所述刀具頂半徑的距離，並依據所述刀軸向量將所述周圍曲線偏移所述刀具長度的距離，以取得下邊界；以及結合所述上邊界與所述下邊界，以產生所述刀具側面之所述干涉偏移面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW107112774A TWI664512B (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 可加工空間的計算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW107112774A TWI664512B (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 可加工空間的計算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI664512B true TWI664512B (zh) | 2019-07-01 |
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ID=68049462
Family Applications (1)
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| TW107112774A TWI664512B (zh) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 可加工空間的計算方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI664512B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201007402A (en) * | 2008-08-15 | 2010-02-16 | Ren An Information Technology Co Ltd | Sychronous dynamic interference verification method for CNC machines and computer program product of the same |
| TWM453839U (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-21 | Tongtai Machine & Tool Co Ltd | 加工機旋轉中心的檢知系統 |
| TW201708994A (zh) * | 2015-08-31 | 2017-03-01 | 財團法人工業技術研究院 | 加工異常迴避系統及其加工路徑修正方法 |
-
2018
- 2018-04-13 TW TW107112774A patent/TWI664512B/zh active
Patent Citations (3)
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| TW201708994A (zh) * | 2015-08-31 | 2017-03-01 | 財團法人工業技術研究院 | 加工異常迴避系統及其加工路徑修正方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201944186A (zh) | 2019-11-16 |
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