CN111837080B - 刀具路径生成方法 - Google Patents

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Abstract

一种刀具路径生成方法，其是生成用于加工被加工物的刀具路径的方法，该刀具路径生成方法具备相对于被加工物设定第一基准平面(RS1)的工序；相对于被加工物设定与第一基准平面(RS1)不平行的第二基准平面(RS2)的工序；基于第一基准平面(RS1)及第二基准平面(RS2)，在第一基准平面(RS1)和第二基准平面(RS2)之间补充相互不平行的多个第三基准平面(RS3)的工序；相对于多个第三基准平面(RS3)的各个，基于该第三基准平面(RS3)生成用于加工被加工物的部分刀具路径的工序；和通过依次连接多个第三基准平面(RS3)的部分刀具路径生成刀具路径的工序。

Description

刀具路径生成方法
技术领域
本申请涉及使刀具和被加工物相对移动来加工被加工物的机床的刀具路径的生成方法。
背景技术
机床与被赋予的加工程序相应地进行加工。在机床是多工序自动数字控制机床的情况下，加工程序被描述为进行通过刀具路径的动作，该刀具路径是使由主轴旋转的刀具相对于被加工物移动的路径。刀具路径可以认为有无数的路径，但加工的效率和精度因刀具路径不同而有很大变化。另外，因被加工物的形状不同，对刀具路径来说存在合适和不合适的情况。因此，希望生成与被加工物的形状相应的适当的刀具路径。为了求出更好的刀具路径，可以使用CAM(Computer aided manufacturing，计算机辅助制造)装置，CAM装置根据被加工物的形状求出适当的刀具路径，加进加工条件来作成加工程序。作为刀具路径的模式，已经知道有各种各样的模式，其中之一是等高线路径。在使用等高线路径的加工中，刀具以等高线动作对加工面进行加工。此等高线加工可对各种各样的被加工物使用。例如，专利文献1公开了用于由等高线加工制作模具的方法。在NC数据的生成中，为了生成等高线路径，在沿Y轴方向设定的多个XZ平面的各个中生成了一个加工轨迹。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-94955号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在以等高线加工来加工被加工物的情况下，在几个被加工物中，存在如下的情况，即，高度方向(排列多个等高线的方向)的两端部具有相互不平行的基准平面。在这样的情况下，存在不能对一方的基准平面或者双方的基准平面平行地设定等高线的可能性。在此情况下，必须由多个等高线加工具有等高线不平行的基准平面的端部，可能产生长的加工时间及粗糙的表面这样的不利。
本发明的目的在于提供一种生成刀具路径的方法，该刀具路径适合于具有相互不平行的对立的基准平面的被加工物。
为了解决课题的手段
本公开的一方式是一种刀具路径生成方法，其是生成用于加工被加工物的刀具路径的刀具路径生成方法，其特征在于，具备相对于上述被加工物设定第一基准平面的工序；相对于上述被加工物设定与上述第一基准平面不平行的第二基准平面的工序；基于上述第一基准平面及上述第二基准平面，在上述第一基准平面和上述第二基准平面之间补充相互不平行的多个第三基准平面的工序；基于该第三基准平面生成用于相对于上述多个第三基准平面的各个来加工被加工物的部分刀具路径的工序；和通过依次连接上述多个第三基准平面的上述部分刀具路径生成刀具路径的工序。
根据本公开的一方式，相对于被加工物设定相互不平行的多个第三基准平面，基于多个第三基准平面，生成多个不平行的部分刀具路径。因此，可相对于相互不平行的对立面分别设定平行的部分刀具路径。因此，能生成适合于具有相互不平行的对立面的被加工物的刀具路径。
刀刀具包括追寻上述刀具路径的刀具基准点，各部分刀具路径通过以上述刀具基准点位于对应的第三基准平面内的方式算出上述被加工物和上述刀具的接触位置生成。在此情况下，能将刀具基准点作为基准生成各部分刀具路径。
另外，各部分刀具路径通过以上述被加工物和上述刀具的接触位置位于对应的第三基准平面内的方式使上述被加工物的轮廓仅偏移上述接触位置和上述刀具基准点之间的距离量生成。在此情况下，能将被加工物和刀具接触位置作为基准生成各部分刀具路径。
上述第一基准平面具有第一倾斜度，上述第二基准平面具有第二倾斜度，上述刀具路径生成方法还具备相对于上述第一基准平面设定第一基准点的工序和相对于上述第二基准平面设定第二基准点的工序，补充上述多个第三基准平面的工序包括以如下的方式决定上述多个第三基准平面的工序，该方式是上述多个第三基准平面包括均等地补充在上述第一基准点及上述第二基准点之间的多个第三基准点的方式，而且是具有在上述第一倾斜度及上述第二倾斜度之间均等地补充的多个第三倾斜度的方式，生成上述刀具路径的工序包括通过连接邻接的第三基准平面的上述部分刀具路径彼此来生成螺旋状的刀具路径的工序。在此情况下，能生成平滑的刀具路径。
发明的效果
根据本发明，能生成适合于具有相互不平行的对立的基准平面的被加工物的刀具路径。
附图说明
图1是表示实施本公开的方法的装置的方块图。
图2是表示由本公开的方法生成刀具路径的被加工物的例子的立体图。
图3是表示本公开的方法的工序的一部分的流程图。
图4是表示图3的后工序的流程图。
图5是表示图1的被加工物的侧视图。
图6是表示设定第一基准平面及第二基准平面的侧视图。
图7是表示算出第一基准平面的倾斜度及第二基准平面的倾斜度的侧视图。
图8是表示在第一基准平面及第二基准平面之间补充多个第三基准平面的侧视图。
图9是沿一个第三基准平面的图1的被加工物的概要的剖视图。
图10是对图9的第三基准平面表示在此第三基准平面的固有坐标系中生成部分刀具路径的概要图。
图11是表示将图10的部分刀具路径变更成被加工物整体的基准坐标系的概要图。
图12是表示通过连接多个部分刀具路径生成刀具路径的概要图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照附图说明用于生成实施方式的刀具路径的方法。在同样的或者对应的要素上附加相同的符号，省略重复的说明。为了容易理解，存在变更图的比例尺的情况。
图1是表示实施本公开的方法的装置的方块图。本公开提供一种用于生成由NC加工来加工被加工物的刀具路径的方法。本公开的方法能由装置50实施，该装置50例如是计算机、服务器、平板电脑或其它的计算装置。装置50，例如能具备如下的结构要素：硬盘等存储装置51；CPU等处理器52；液晶显示器和/或触摸面板等显示装置53；鼠标、键盘和/或触摸面板等的输入装置54；未图示的ROM(read only memory，只读内存)和/或未图示的RAM(random access memory，随机存取存储器)等，这些结构要素能经总线(未图示)等相互连接。本公开的方法，例如，能在装入到装置50中的CAM(Computer Aided Manufacture，计算机辅助制造)***上实施。
图2是表示由本公开的方法生成刀具路径的被加工物的例子的立体图。本公开的方法适合于如图2所示的具有相互不平行的对立面11、12的被加工物1的加工。另外，希望注意，本公开的方法不限定于加工具有这样的相互不平行的对立面的被加工物，也可适用于各种各样的被加工物。
被加工物1，例如可以是包括在涡轮机中的叶片等。被加工物1，例如能具备被加工成叶片的长尺寸的主体13和与主体13的两端部连结的一对保持部14、15。主体13具有弯曲的扁平的形状。主体13的两端部相互不平行，因此，与主体13的两端部连结的保持部14、15的对立面11、12也不平行。保持部14、15能在主体13的加工时被把持。
图3是表示本公开的方法的流程图。本公开的方法，例如，在由操作者看着在显示装置53上显示的被加工物1的同时，能由装置50的处理器52执行。在本公开的方法中，首先，指定被加工物的形状(步骤S100)。具体地讲，图5是表示图1的被加工物的侧视图，在步骤S100中，例如，由CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)***作成的被加工物1的形状G能由CAM***读入。形状G包括点、边及面等的形状数据，这些形状数据被包括在被加工物中。形状G，例如，能由作为三维正交坐标系的XYZ轴坐标系定义。
再次参照图3，接着，相对于加工形状设定第一基准平面及第二基准平面(步骤S102)。具体地讲，图6是表示设定第一基准平面及第二基准平面的侧视图，操作者能在表示在显示装置53上的形状G上以可在一方的面12的附近并在与面12大致平行的平面内得到三角形TR1的方式选择形状G上的3点f1、f2、f3。包括三角形TR1在内的平面被作为第一基准平面RS1设定。同样，操作者能在表示在显示装置53上的形状G上以可在另一方的面11的附近并在与面11大致平行的平面内得到三角形TR2的方式选择形状G上的3点s1、s2、s3。包括三角形TR2在内的平面被作为第二基准平面RS2设定。点f1、f2、f3、s1、s2、s3的各个具有X坐标值、Y坐标值及Z坐标值。
再次参照图3，接着，算出第一基准平面的倾斜度及第二基准平面的倾斜度(步骤S104)。具体地讲，图7是表示算出第一基准平面的倾斜度及第二基准平面的倾斜度的侧视图，处理器52通过将上述的点f1、f2、f3的坐标值代入下式(1)算出第一基准平面RS1的法线方向n1。同样，处理器52通过将上述的点s1、s2、s3的坐标值代入下式(2)算出第二基准平面RS2的法线方向n2。
[式1]
n1＝(f2-f1)×(f3-f1)......(1)
[式2]
n2＝(s2-s1)×(s3-s1)......(2)
再次参照图3，接着，设定第一基准点及第二基准点(步骤S106)。具体地讲，参照图7，操作者例如能在表示在显示装置53上的形状G上选择第一基准平面RS1上的任意的1点，将被选择了的点作为第一基准点p1设定。同样，操作者例如能在表示在显示装置53上的形状G上选择第二基准平面RS2上的任意的1点，将被选择了的点作为第二基准点p2设定。操作者例如能选择沿第一基准平面RS1的形状G的截面的大致中心的点作为第一基准点p1。同样，操作者例如能选择沿第二基准平面RS2的形状G的截面的大致中心的点作为第二基准点p2。点p1、p2的各个具有X坐标值、Y坐标值及Z坐标值。
参照图3及图7，接着，处理器52通过将点p1、p2的坐标值代入下式(3)算出从第一基准点p1朝向第二基准点p2的向量(以下也可称为第一基准向量)Δp(步骤S108)。
[式3]
Figure BDA0002660159220000061
接着，处理器52由任意适当的方法选择与第一基准向量Δp垂直的向量(以下也可称为第二基准向量)h(步骤S110)。例如，第二基准向量h能由下式(4)、(5)算出。
[式4]
Figure BDA0002660159220000062
[式5]
Figure BDA0002660159220000071
接着，再次参照图3，使用者选择用于在第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间补充的补充参数t1、t2……ti(i是从1到m+1的整数)(步骤S112)。具体地讲，图8是表示在第一基准平面及第二基准平面之间补充多个第三基准平面的侧视图，m是表示将第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间的形状G分割成几个区段的值，在第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间，补充相互不平行的m-1个第三基准平面RS3。例如，在第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间补充多个第三基准平面RS3的情况下，m能是3以上的整数。
例如，如图8所示，在将第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间的形状G均等地分割成多个区段(在图8中为6个区段)的情况下，补充参数ti能由下式(6)算出。
[式6]
Figure BDA0002660159220000072
补充参数t1是用于第一基准平面RS1的参数，补充参数tm+1是用于第二基准平面RS2的参数，补充参数t2～tm是用于多个第三基准平面RS3的参数。另外，希望注意，第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间的形状G也可以不均等地分割成多个区段。例如，形状沿第一基准向量Δp变化得大的部分等，与其他部位比较，也可以分割得细。例如，操作者也可以在如上述的那样将第一基准平面RS1和第二基准平面RS2之间的形状G均等地分割成多个区段之后，在以下所示的步骤之中的任意的步骤之后，修改补充参数t1、t2……ti和/或***新的补充参数。另外，补充参数t1、t2……ti也可以由非线性的函数代替上述的式(6)算出。
接着，处理器52对全部的补充参数t1，t2……ti执行下面的步骤S114～S126。
图4是表示图3的后工序的流程图。处理器52使用补充参数ti由下式(7)算出在各基准平面中的基准点di(步骤S114)。
[式7]
di＝p1-(p1-p2)ti...(7)
在此，希望注意，如图8所示，基准点d1与第一基准平面RS1的上述的第一基准点p1相当，基准点dm+1与第二基准平面RS2的上述的第二基准点p2相当。基准点d2～dm被作为在各第三基准平面RS3中的第三基准点设定。基准点di的各个具有X坐标值dxi、Y坐标值dyi及Z坐标值dzi。
接着，处理器52使用补充参数ti由在第一基准平面RS1的法线方向n1和第二基准平面RS2的法线方向n2之间进行球面补充的下式(8)算出各基准平面的倾斜度(法线方向)dni(步骤S116)。
[式8]
dni＝slerp(n1，n2，ti)......(8)
在此，希望注意，如图8所示，法线方向dn1与第一基准平面RS1的上述的法线方向n1相当，法线方向dnm+1与第二基准平面RS2的上述的法线方向n2相当。法线方向dn2～dnm被作为在各第三基准平面RS3中的法线方向设定。由以上的方法，在本实施方式中，可得到在第一基准平面RS1的法线方向n1及第二基准平面RS2的法线方向n2之间均等地补充的多个第三倾斜度dni。另外，希望注意，多个第三倾斜度dni也可以由别的方法算出，例如，也可以在法线方向n1及法线方向n2之间不均等地补充。
接着，处理器52使用补充参数ti由下式(9)～(11)算出在各基准平面中的坐标轴ui、vi、wi(步骤S118)。
[式9]
Figure BDA0002660159220000091
[式10]
Figure BDA0002660159220000092
[式11]
Figure BDA0002660159220000093
在此，如图8例示的那样，坐标轴ui可被作为与第二基准向量h及各基准平面的法线方向dni垂直的方向定义。另外，坐标轴vi可被作为与各基准平面的法线方向dni及坐标轴ui垂直的方向定义。另外，坐标轴wi可被作为与各基准平面的坐标轴ui及坐标轴vi垂直的方向定义。坐标轴wi与各基准平面的法线方向dni一致。这样，能依次算出坐标轴ui、vi、wi。
接着，处理器52由下式(12)算出从XYZ轴坐标系向在各基准平面中的uiviwi轴坐标系的变换行列Mi(步骤S120)。
[式12]
Figure BDA0002660159220000094
接着，处理器52基于下式(13)将在XYZ轴坐标系中包括在形状G中的全部的点q向在uiviwi轴坐标系中的点ri变换，算出在uiviwi轴坐标系中的形状Gi(步骤S122)。
[式13]
Figure BDA0002660159220000101
接着，处理器52相对于形状Gi生成基于各基准平面(第一基准平面RS1、第二基准平面RS2或第三基准平面RS3)的部分刀具路径TP'i(步骤S124)。部分刀具路径TP'i能由各种各样的方法生成。例如，部分刀具路径TP'i也可以由用于生成在等高线加工中的各等高线的方法生成。这样的方法，例如包括下面的两种方法。
图9是沿一个第三基准平面的图1的被加工物的概要的剖视图，图10是对图9的第三基准平面表示相在此第三基准平面的固有坐标系中生成部分刀具路径的概要图。在NC加工中，在刀具60上设定刀具基准点61，刀具基准点61以追寻被生成的部分刀具路径TP'i的方式控制NC加工。刀具基准点61，例如能设定在刀具60的径向的中心。
在第一方法中，部分刀具路径TP'i能通过以上述的刀具基准点61位于对应的基准平面RS3内的方式算出形状Gi和刀具60的接触位置62生成。在此情况下，部分刀具路径TP'i位于基准平面RS3内，另一方面，接触位置62可能因形状Gi不同而不存在于基准平面RS3内。
在第二方法中，部分刀具路径TP'i能通过以形状Gi和刀具60的接触位置62位于对应的基准平面RS3内的方式使Gi的轮廓仅偏移接触位置62和刀具基准点61之间的距离量生成。在此情况下，接触位置62位于基准平面RS3内，另一方面，各部分刀具路径TP'i可能因形状Gi不同而不存在于基准平面RS3内。
图11是表示将图10的部分刀具路径变更成被加工物整体的基准坐标系的概要图。参照图3及图11，接着，处理器52，基于下式(14)，将在uiviwi轴坐标系中包括在部分刀具路径TP'i中的全部的点ji向在XYZ轴坐标系中的点ki变换，算出在XYZ轴坐标系中的部分刀具路径TPi(步骤S126)。
[式14]
Figure BDA0002660159220000111
接着，处理器52判断是否相对于全部的补充参数t1、t2……ti算出了部分刀具路径TPi(步骤S128)。在算出了全部的部分刀具路径TPi的情况下，通过依次连接全部的部分刀具路径TPi生成刀具路径(步骤S130)。在没有算出全部的部分刀具路径TPi的情况下，返回到步骤S114。
图12是表示通过连接多个部分刀具路径生成刀具路径的概要图。多个部分刀具路径TPi能由各种各样的方法连接。例如，在图12中，通过平滑地连接邻接的部分刀具路径TPi彼此来生成螺旋状的刀具路径HP。另外，“螺旋状的刀具路径”包括刀具路径HP的XY平面上的范围沿Z轴一定的路径(即，沿圆筒表面的那样的路径)及刀具路径HP的XY平面上的范围沿Z轴变化的路径(例如，沿圆锥表面的那样的路径)的双方。
接着，处理器52将生成的刀具路径保存在存储装置51中(步骤S132)，结束一系列的动作。
根据以上的那样的本公开的方法，相对于被加工物1设定相互不平行的多个第三基准平面RS3，基于多个第三基准平面RS3，生成多个不平行的部分刀具路径TPi。因此，可以相对于相互不平行的对立面11、12的各个设定平行的部分刀具路径TPi。因此，能生成适合于具有相互不平行的对立面11、12的被加工物1的刀具路径。
另外，在本公开的方法中，刀具60包括追寻刀具路径的刀具基准点61，各部分刀具路径TPi能通过以刀具基准点61位于对应的第三基准平面RS3内的方式算出被加工物1和刀具60的接触位置62生成。在此情况下，能将刀具基准点61作为基准生成部分刀具路径TPi。
另外，在本公开的方法中，其各部分刀具路径TPi也可以通过以被加工物1和刀具60的接触位置62位于对应的第三基准平面RS3内的方式使被加工物1的轮廓仅偏移接触位置62和刀具基准点61之间的距离量生成。在此情况下，能将接触位置62作为基准生成部分刀具路径TPi。
另外，在本公开的方法中，第一基准平面RS1具有第一倾斜度n1，第二基准平面RS2具有第二倾斜度n2，该方法具备相对于第一基准平面RS1设定第一基准点p1的工序；相对于第二基准平面RS2设定第二基准点p2的工序。另外，补充多个第三基准平面RS3的工序包括以如下的方式决定多个第三基准平面RS3的工序，该方式是多个第三基准平面RS3包括均等地补充在第一基准点p1及第二基准点p2之间的多个第三基准点d2～dm在内的方式，而且是具有在第一倾斜度n1及第二倾斜度n2之间均等地补充的多个第三倾斜度dn2～dnm的方式。进而，生成刀具路径的工序包括通过平滑地连接邻接的第三基准平面RS3的部分刀具路径TPi彼此生成螺旋状的刀具路径HP的工序。因此，能生成平滑的刀具路径。
对用于生成刀具路径的方法的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式。如果是本领域技术人员，则会理解上述的实施方式可进行各种各样的变形。另外，如果是本领域技术人员，则会理解上述的方法的工序只要不产生矛盾就可以按照与上述不同的顺序实施。
例如，在上述的实施方式中，相对于包括第一基准平面RS1及第二基准平面RS2在内的全部的基准平面生成了部分刀具路径TPi。但是，部分刀具路径TPi也可以仅相对于第三基准平面RS3生成。另外，部分刀具路径TPi也可以仅相对于多个第三基准平面RS3之中的一部分的连续的2个以上的第三基准平面RS3生成。
另外，在上述的实施方式中，通过平滑地连接邻接的部分刀具路径TPi彼此，生成了螺旋状的刀具路径HP。但是，多个部分刀具路径TPi也可以由其它的方法连接，例如，也可以生成由平行于Z轴的连接路径连接的阶梯状的刀具路径。
符号的说明：
1：被加工物
60：刀具
61：刀具基准点
62：接触位置
d2-dm：第三基准点
dn2-dnm：法线方向(第三倾斜度)
HP：刀具路径
n1：法线方向(第一倾斜度)
n2：法线方向(第二倾斜度)
p1：第一基准点
p2：第二基准点
RS1：第一基准平面
RS2：第二基准平面
RS3：第三基准平面
TPi：部分刀具路径。

Claims (4)

1.一种刀具路径生成方法，其是生成用于加工被加工物的刀具路径的刀具路径生成方法，其特征在于，具备
相对于上述被加工物设定第一基准平面的工序；
相对于上述被加工物设定与上述第一基准平面不平行的第二基准平面的工序；
基于上述第一基准平面及上述第二基准平面，在上述第一基准平面和上述第二基准平面之间补充相互不平行的多个第三基准平面的工序；
基于该第三基准平面生成用于相对于上述多个第三基准平面的各个来加工被加工物的部分刀具路径的工序；和
通过依次连接上述多个第三基准平面的上述部分刀具路径生成刀具路径的工序。
2.如权利要求1记载的刀具路径生成方法，其特征在于，
刀具包括追寻上述刀具路径的刀具基准点，
各部分刀具路径通过以上述刀具基准点位于对应的第三基准平面内的方式算出上述被加工物和上述刀具的接触位置生成。
3.如权利要求1记载的刀具路径生成方法，其特征在于，
刀具包括追寻上述刀具路径的刀具基准点，
各部分刀具路径通过以上述被加工物和上述刀具的接触位置位于对应的第三基准平面内的方式使上述被加工物的轮廓仅偏移上述接触位置和上述刀具基准点之间的距离量生成。
4.如权利要求1记载的刀具路径生成方法，其特征在于，
上述第一基准平面具有第一倾斜度，
上述第二基准平面具有第二倾斜度，
上述刀具路径生成方法还具备相对于上述第一基准平面设定第一基准点的工序和相对于上述第二基准平面设定第二基准点的工序，
补充上述多个第三基准平面的工序包括以如下的方式决定上述多个第三基准平面的工序，该方式是上述多个第三基准平面包括均等地补充在上述第一基准点及上述第二基准点之间的多个第三基准点的方式，而且是具有在上述第一倾斜度及上述第二倾斜度之间均等地补充的多个第三倾斜度的方式，
生成上述刀具路径的工序包括通过连接邻接的第三基准平面的上述部分刀具路径彼此来生成螺旋状的刀具路径的工序。
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