CN116974239A - 一种基于精雕机的加工轨迹控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于精雕机的加工轨迹控制方法及***，运用于雕刻加工技术领域；本发明通过获取切削路径的路径系数，并根据工件的特点构建最优加工轨迹，能够在加工过程中更好地控制刀具的走向，以达到更高的加工精度和表面质量，同时通过解析最优加工轨迹在工件上产生的加工瑕疵，能够捕捉瑕疵的位置、数量和深度的关键信息参数，使精雕机能够精准把控加工质量且最大化减少出现加工误差，有效提高精雕机的加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及雕刻加工技术领域，特别涉及为一种基于精雕机的加工轨迹控制方法及***。
背景技术
精雕机为数控机床的一种，又称精密成形机或异形切割机等，其主要用于各种产品的精细加工和异形切割。
而目前，精雕机在加工复杂表面时，切削力可能会因为在不同轴向上产生较大波动或是多次进行不同程度的切削，导致工件受到不必要的振动后加工质量下降，甚至使工件出现无法挽回的表面瑕疵。
发明内容
本发明旨在解决如何使精雕机能够精准把控加工质量且最大化减少加工误差的问题，提供一种基于精雕机的加工轨迹控制方法及***。
本发明为解决技术问题采用如下技术手段：
本发明提供一种基于精雕机的加工轨迹控制方法，包括以下步骤：
基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径；
判断所述工件是否需要进行多次加工；
若是，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数，其中，所述路径系数具体包括平滑系数、切削力度和转向精度，所述信息参数具体包括瑕疵方位、瑕疵总数和瑕疵高低；
判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化；
若否，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温，并在所述凹凸区域涂覆预设材料的涂层，在精雕机的预设频率中对所述工件施加共振，生成加工完毕的工件，其中，所述雕刻处理内容具体包括刀具进出深度和切削往返速度。
进一步地，所述则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹的步骤前，还包括：
采集所述工件的加工数据，对所述加工数据进行数据预处理，其中，所述加工数据具体包括工件模型、待加工路径和工件外表，所述预处理的过程具体包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理；
将预处理得到的处理数据划分为训练集和测试集，基于所述处理数据选取预设的空白架构模型作为所述工件的路径规划模型，使用所述训练集对所述空白架构模型进行训练，并使用所述测试集对所述空白架构模型进行验证，得到预测模型；
将所需加工工件的3D模型输入至所述预测模型中，生成所述所需加工工件的预测雕刻路径和雕刻参数，将所述预测雕刻路径和雕刻参数输入至精雕机中对所述所需加工工件进行模拟雕刻。
进一步地，所述解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数的步骤中，包括：
应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
判断所述变化参数是否大于预设阈值；
若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
进一步地，所述则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温的步骤前，还包括：
应用预设的3D扫描技术对所述加工瑕疵进行扫描，识别所述加工瑕疵的凹凸程度；
判断所述凹凸程度是否匹配预设区域系数；
若是，则将所述凹凸程度对应的加工瑕疵分别定义为凹陷区域和凸起区域，并分别对所述凹陷区域和所述凸起区域进行适应性优化，其中，所述适应性优化具体包括调整刀具角度和更换刀具类型。
进一步地，所述判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化的步骤中，包括：
获取所述最优加工轨迹的重复加工路径；
判断所述重复加工路径是否途径同一加工瑕疵；
若是，则识别所述同一加工瑕疵经所述重复加工路径后的修复系数，基于所述修复系数对所述同一加工瑕疵进行优化评定。
进一步地，所述基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径的步骤中，包括：
获取当前所需加工工件的切削类型；
判断所述切削类型能否匹配预收录的工件；
若是，则基于所述所需加工工件生成历史切削路径，应用所述历史切削路径对所述所需加工工件进行雕刻加工。
进一步地，所述判断所述工件是否需要进行多次加工的步骤中，包括：
获取当前所需加工工件的几何形状；
判断所述几何形状是否大于预设形状上限；
若是，则基于所述所需加工工件的几何形状数量，构建相应数量的加工阶段，根据所述所需加工工件的精度要求，平衡各个加工阶段的加工频率。
本发明还提供一种基于精雕机的加工轨迹控制***，包括：
生成模块，用于基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径；
判断模块，用于判断所述工件是否需要进行多次加工；
执行模块，用于若是，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数，其中，所述路径系数具体包括平滑系数、切削力度和转向精度，所述信息参数具体包括瑕疵方位、瑕疵总数和瑕疵高低；
第二判断模块，用于判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化；
第二执行模块，用于若否，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温，并在所述凹凸区域涂覆预设材料的涂层，在精雕机的预设频率中对所述工件施加共振，生成加工完毕的工件，其中，所述雕刻处理内容具体包括刀具进出深度和切削往返速度。
进一步地，还包括：
处理模块，用于采集所述工件的加工数据，对所述加工数据进行数据预处理，其中，所述加工数据具体包括工件模型、待加工路径和工件外表，所述预处理的过程具体包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理；
划分模块，用于将预处理得到的处理数据划分为训练集和测试集，基于所述处理数据选取预设的空白架构模型作为所述工件的路径规划模型，使用所述训练集对所述空白架构模型进行训练，并使用所述测试集对所述空白架构模型进行验证，得到预测模型；
模拟模块，用于将所需加工工件的3D模型输入至所述预测模型中，生成所述所需加工工件的预测雕刻路径和雕刻参数，将所述预测雕刻路径和雕刻参数输入至精雕机中对所述所需加工工件进行模拟雕刻。
进一步地，所述执行模块还包括：
获取单元，用于应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
判断单元，用于判断所述变化参数是否大于预设阈值；
执行单元，用于若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
本发明提供了基于精雕机的加工轨迹控制方法及***，具有以下有益效果：
本发明通过获取切削路径的路径系数，并根据工件的特点构建最优加工轨迹，能够在加工过程中更好地控制刀具的走向，以达到更高的加工精度和表面质量，同时通过解析最优加工轨迹在工件上产生的加工瑕疵，能够捕捉瑕疵的位置、数量和深度的关键信息参数，使精雕机能够精准把控加工质量且最大化减少出现加工误差，有效提高精雕机的加工效率。
附图说明
图1为本发明基于精雕机的加工轨迹控制方法一个实施例的流程示意图；
图2为本发明基于精雕机的加工轨迹控制***一个实施例的结构框图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本发明为目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考附图1，为本发明一实施例中的基于精雕机的加工轨迹控制方法，包括：
S1：基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径；
S2：判断所述工件是否需要进行多次加工；
S3：若是，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数，其中，所述路径系数具体包括平滑系数、切削力度和转向精度，所述信息参数具体包括瑕疵方位、瑕疵总数和瑕疵高低；
S4：判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化；
S5：若否，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温，并在所述凹凸区域涂覆预设材料的涂层，在精雕机的预设频率中对所述工件施加共振，生成加工完毕的工件，其中，所述雕刻处理内容具体包括刀具进出深度和切削往返速度。
在本实施例中，***基于预先扫描得到的工件参数，在五轴精雕机中生成对应收录有的属于该工件的切削路径，而后判断该工件是否需要进行多次加工才能完成切削，以执行对应的步骤；例如，当***判定到该工件不需要进行多次加工，则***会认为该工件属于常用的普通工件，只需要进行一次性加工即可完成精雕，说明这个工件的复杂程度、几何形状、材料特性或加工要求相对简单，不需要分阶段或多次加工来达到所需的加工精度和表面质量；例如，当***判定到该工件需要进行多次加工时，此时***会获取该工件切削路径的路径参数，根据这些路径参数构建属于该工件的最优加工轨迹，同时在最优加工轨迹中识别到可能存在于工件上的加工瑕疵后，捕捉这些加工瑕疵的信息参数，包括工件上的瑕疵方位、工件上的瑕疵总数量和每个瑕疵不同的高低程度；而后***通过判断这些加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些加工瑕疵能够被往复的切削路径优化，则***会认为这些加工瑕疵可能是由于加工参数、切削策略或刀具选择等因素引起的，而不是工件本身的材料或几何特性导致的，这种情况下可以通过适当的路径优化和加工参数调整以改善加工质量，减少或消除加工瑕疵，如更细致的切削、交叉路径等，以确保刀具更好地覆盖工件表面，减少瑕疵出现的可能性，如选择适当的刀具会改善加工质量，从而优化瑕疵问题；例如，当***判定到这些加工瑕疵无法通过往复切削路径优化时，此时***会通过动态调整切削路径时应用的雕刻处理内容，依据工件上加工瑕疵对应的凹凸区域进行局部控温，通过使用激光或其他加热冷却技术，在凹凸不平的区域施加局部加热或冷却，以调整材料的物理性质，从而实现瑕疵优化，并在这些凹凸不平的区域进行局部表面涂覆以平衡加工材料的特性，从而达到表面的一致性，同时在精雕机预先设有的共振频率对该工件进行共振，即可得到瑕疵修复完毕的已加工工件。
需要说明的是，预设材料的涂层具体采用的是填缝胶或涂料树脂，填缝胶适用于填补小尺寸的凹陷或裂缝，可以在填缝后磨平，使表面平整；而涂料树脂一些特定的涂料和树脂可以用于涂覆凹凸区域，填平不平整表面，这些材料在工件固化后可以达到平滑的表面效果。
动态调整切削路径的雕刻处理内容具体过程示例如下：
假设精雕机正在加工一个金属零件，要在其表面进行雕刻，而在加工过程中，传感器检测到某个区域存在表面凹陷，导致切削产生了不均匀的瑕疵，则通过传感器采集到加工过程中的切削力数据，通过分析发现某个区域存在异常的切削力变化，即表明存在表面凹陷；而后通过数据分析发现异常切削力变化的位置和范围，确定为表面凹陷瑕疵，为解决凹陷区域的瑕疵，使用动态调整切削路径的参数，在凹陷区域降低刀具的进出深度，降低切削往返速度，以保证更加细致的切削和更好的表面质量，同时使用路径规划软件，重新规划切削路径，在凹陷区域中确保刀具更加精细地切削，以充分消除瑕疵；通过路径仿真软件对调整后的切削路径进行仿真，即可验证切削过程是否可以达到预期的效果，同时避免新的加工问题；最后 在精雕机上进行实时控制，根据调整后的切削路径参数进行加工，刀具在凹陷区域按照新的参数进行切削，以消除瑕疵。
对加工瑕疵的凹凸区域局部控温的具体过程示例如下：
假设精雕机正在加工一个金属工件，发现其中某个区域存在表面凹陷瑕疵，此时需要在瑕疵区域应用预先设有的温度传感器，以监测瑕疵区域的温度，在加工过程中实时监测温度传感器的读数，获得瑕疵区域的温度信息；而后准备一个加热器，用于对瑕疵区域进行局部加热，选择适当的加热模式，例如恒温模式可以使工件在加工期间保持瑕疵区域的温度稳定；通过设置加热器的参数，如目标温度和加热功率，使精雕机在接近瑕疵区域时启动加热器，即可根据设定的参数对瑕疵区域进行加热，使其温度保持在设定的范围内；最后根据温度传感器的反馈，实时调整加热器的功率，以确保瑕疵区域的温度始终稳定在目标温度，并且在局部控温的同时，进行正常的加工操作，以完成对工件的加工。
在工件加工瑕疵的这些凹凸不平的区域进行局部表面涂覆的具体过程示例如下：
假设精雕机正在加工一个金属工件，发现其中某个区域存在表面凹陷瑕疵，此时需要通过涂覆来平衡加工材料的特性； 鉴于金属工件，可以选择使用聚合物或陶瓷类涂覆材料，以实现表面的平衡效果，也可以选择具有高耐磨性和耐腐蚀性的聚合物涂料，或者选择高温耐受性和绝缘性能好的陶瓷涂料；而后根据加工瑕疵的性质和工件使用要求，考虑涂覆材料的性能，当加工瑕疵导致金属表面容易受到磨损，则可以选择耐磨性较好的聚合物涂料；而后选择适当的涂覆方法，包括喷涂、涂刷或浸渍，根据工件形状和涂覆区域的大小，确定最适合的涂覆方式；在进行涂覆之前，需要对凹凸区域进行充分的清洁和表面处理，以确保涂覆材料能够良好地附着，将涂覆材料均匀地涂抹到凹凸区域的表面，同时确保涂覆层厚度均匀，以实现平衡效果；根据涂覆材料的特性，选用适当的固化方法，包括烘烤或硬化，即可使涂覆层在表面形成坚固的保护层， 在涂覆层固化后，继续执行正常的加工操作，涂覆层会为凹凸区域提供额外的保护。
精雕机应用预先设有的共振频率对该工件进行共振的具体过程示例如下：
假设精雕机正在加工一个金属工件，可以通过共振加工来实现特定的加工效果，如更好的表面光滑度，首先基于工程分析和实验验证，确定适合金属工件的共振频率范围，将金属工件固定在精雕机的工作台上，确保工件处于稳定的状态；而后应用预先准备的电磁振子装置产生共振频率的振动，通过调整电磁振子的参数，包括振幅和频率，使工件能够匹配预先设有的共振频率，然后启动电磁振子装置，使其产生与金属工件预设共振频率相匹配的振动，将这个振动传递到工件上，即可影响工件的形状和结构；最后在共振频率的激励下，进行正常的加工操作，包括切削、磨削，由于共振的影响使金属工件会更容易进行切削，从而实现更好的表面光滑度。
在本实施例中，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹的步骤S3前，还包括：
S301：采集所述工件的加工数据，对所述加工数据进行数据预处理，其中，所述加工数据具体包括工件模型、待加工路径和工件外表，所述预处理的过程具体包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理；
S302：将预处理得到的处理数据划分为训练集和测试集，基于所述处理数据选取预设的空白架构模型作为所述工件的路径规划模型，使用所述训练集对所述空白架构模型进行训练，并使用所述测试集对所述空白架构模型进行验证，得到预测模型；
S303：将所需加工工件的3D模型输入至所述预测模型中，生成所述所需加工工件的预测雕刻路径和雕刻参数，将所述预测雕刻路径和雕刻参数输入至精雕机中对所述所需加工工件进行模拟雕刻。
在本实施例中，***通过收集一系列不同工件的加工数据，包括工件的3D模型、加工路径、加工参数、表面质量等信息，将这些数据作为空白架构模型的训练内容；而后对收集到的数据进行预处理，包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理，特征工程能够将原始加工数据转化为适合模型学***均处理，以消除随机噪声的影响，得到平均后的加工数据更稳定；而后***选择循环神经网络的深度学习架构以设计路径规划模型，对于路径规划模型所输入的加工数据可以是工件的3D模型，通过路径规划模型所输出的加工数据也可以是切削路径和参数；然后***将收集到的加工数据划分为训练集和测试集，训练集用于训练空白架构模型，测试集用于评估空白架构模型的性能，使用训练集对设计的深度学习模型进行训练，在训练过程中空白架构模型将学习不同工件的特征和加工模式，从而能够预测最佳的加工路径，而使用测试集对训练好的模型进行验证，评估其在新工件上的预测效果；当空白架构模型训练完成并通过验证后，即可得到能够预测加工路径的预测模型，此时***将当前所需加工工件的3D模型输入至预测模型中，得到预测的最佳雕刻路径和参数后，通过将模型生成的路径应用于实际的五轴精雕机，即可对工件进行模拟雕刻加工，在模拟过程中可以通过监测加工质量、表面质量和加工效率，以验证预测模型对路径规划的预测效果，在确认预测效果符合加工内容后，即可将预测模型预测的最优路径规划输入至五轴精雕机中，对当前所需加工工件进行雕刻加工。
需要说明的是，空白架构模型具体是无任何数据的待训练初始模型。
在本实施例中，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数的步骤S3中，包括：
S31：应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
S32：判断所述变化参数是否大于预设阈值；
S33：若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
在本实施例中，***通过应用预先设有的视觉***获取工件在进行模拟雕刻时，工件表面所产生的变化参数，变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化，而后***判断这些变化参数是否大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围内，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些变化参数并未大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围时，则***会认为该工件在模拟雕刻时不存在加工瑕疵，即当次的模拟雕刻属于完美加工，可以直接将模拟雕刻的预测路径输入至五轴精雕机中，对工件进行雕刻加工；例如，当***判定到这些变化参数大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围时，此时***会将这些变化参数存在的定位标注在工件的3D模型上，并将这些定位标注为单个加工瑕疵，且根据这些加工瑕疵的信息参数定义这些加工瑕疵的待修正内容。
需要说明的是，待修正内容示例如下有：
当整个加工零件上共出现了三个凹陷瑕疵时，根据三个瑕疵区域对应调整局部的加工参数，包括刀具进给速度、切削深度，以此减小瑕疵深度，同时确保不影响其他表面；当瑕疵的深度在0.2毫米左右时，可以在凹陷瑕疵区域添加涂覆修复层，使其与周围表面平齐，涂覆材料能够填充凹陷部分，然后进行磨削和抛光使其与周围表面保持一致。
在本实施例中，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温的步骤S5前，还包括：
S501：应用预设的3D扫描技术对所述加工瑕疵进行扫描，识别所述加工瑕疵的凹凸程度；
S502：判断所述凹凸程度是否匹配预设区域系数；
S503：若是，则将所述凹凸程度对应的加工瑕疵分别定义为凹陷区域和凸起区域，并分别对所述凹陷区域和所述凸起区域进行适应性优化，其中，所述适应性优化具体包括调整刀具角度和更换刀具类型。
在本实施例中，***应用预先设有的3D扫描技术对工件上的加工瑕疵进行扫描，以此识别到这些加工瑕疵不同程度的凹凸，而后***判断这些凹凸程度是否匹配预先设好的区域系数，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些凹凸程度不足以匹配预先设有的区域系数时，则***会认为这些加工瑕疵不存在明显的凹凸痕迹，无需通过雕刻进行修复，只需通过使用适当的磨削工具和抛光材料，逐渐将表面不平整处磨平，使其与周围表面达到一致的质量即可；例如，当***判定到这些凹凸程度能够匹配预先设有的区域系数时，此时***会将这些凹凸程度对应的加工瑕疵分别定义成凹陷区域和凸起区域，并分别对凹陷区域和凸起区域进行适应性优化。
需要说明的是，凹陷区域的适应性优化措施示例如下：
降低进给深度：在凹陷区域，降低刀具的进给深度，使刀具在这些区域停留更长时间，以确保足够的材料被切削掉；
增加切削速度：在凹陷区域，适当增加切削速度，可以提高切削效率，同时保持表面质量；
使用小刀具：针对较小的凹陷区域，选择适当尺寸的刀具，以确保刀具能够完整地进入这些区域，避免切削不均匀。
凸起区域的适应性优化措施示例如下：
增加进给深度：在凸起区域，增加刀具的进给深度，以加快切削速度，同时确保凸起部分得到适当的加工；
降低切削速度：在凸起区域，降低切削速度，以确保刀具能够更充分地切削材料，避免过快导致切削质量下降；
角度优化：针对具有较大角度的凸起区域，调整刀具的角度，以确保切削过程稳定，并防止刀具与工件表面的碰撞。
在本实施例中，判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化的步骤S4中，包括：
S41：获取所述最优加工轨迹的重复加工路径；
S42：判断所述重复加工路径是否途径同一加工瑕疵；
S43：若是，则识别所述同一加工瑕疵经所述重复加工路径后的修复系数，基于所述修复系数对所述同一加工瑕疵进行优化评定。
在本实施例中，***通过获取最优加工轨迹中出现的重复加工路径，而后判断这些重复加工路径是否途径同一加工瑕疵，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些重复加工路径无法途径同一个加工瑕疵时，则***会尝试在瑕疵区域进行局部切削或磨削，以确保只在瑕疵区域进行必要的材料去除，而不会影响其他部分，或是通过退火处理使瑕疵区域的材料发生微小的塑性变形，从而减小瑕疵的影响；例如，当***判断到这些重复加工路径能够途径同一个加工瑕疵时，此时***会识别这些加工瑕疵经过五轴精雕机的重复加工路径后能够达到的修复系数，基于不同的修复系数对加工瑕疵进行优化评定。
需要说明的是，优化评定的具体过程示例如下：
假设精雕机正在加工一个零件，并在加工过程中发现了三个不同的加工瑕疵，根据不同的修复系数来确定优化的优先级为，
瑕疵A：
位置：x=10，y=20
深度：0.3毫米
影响范围：半径2毫米
修复系数：7（10分制，10为最难修复）；
瑕疵B：
位置：x=30，y=40
深度：0.1毫米
影响范围：半径1毫米
修复系数：3（10分制，10为最难修复）；
瑕疵C：
位置：x=15，y=25
深度：0.2毫米
影响范围：半径3毫米
修复系数：5（10分制，10为最难修复）；
根据修复系数，可以对瑕疵进行优化评定，从而确定优先级为：
瑕疵B（修复系数3）：由于瑕疵B的修复系数较低，意味着该瑕疵相对较容易修复，虽然影响范围较小，但由于深度较浅，可以较快地通过表面磨削等简单方法修复；
瑕疵C（修复系数5）：瑕疵C的修复系数中等，表明修复需要一些额外措施，虽然影响范围稍大，但深度仍然可控，需要局部切削或涂覆来修复；
瑕疵A（修复系数7）：瑕疵A的修复系数最高，表明修复难度较大，瑕疵较深且影响范围较大，需要复杂的修复方法，如多部切削、涂覆和填充。
在本实施例中，基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径的步骤S1中，包括：
S11：获取当前所需加工工件的切削类型；
S12：判断所述切削类型能否匹配预收录的工件；
S13：若是，则基于所述所需加工工件生成历史切削路径，应用所述历史切削路径对所述所需加工工件进行雕刻加工。
在本实施例中，***通过获取当前所需进行加工的工件切削类型，而后判断该切削类型是否匹配五轴精雕机预先收录的工件信息，以执行对应的步骤；例如，当***判定到该切削类型无法匹配预先收录的工件信息时，则***会使用与类似工件相同的切削参数作为起点，并根据实际情况调整切削路径，以适应当前工件的形状和特点，通过优化切削路径可以改善切削质量和效率；例如，当***判定到切削类型能够匹配预先收录的工件信息时，此时***会基于所需加工的工件生成历史曾使用过的切削路径，应用该历史切削路径对工件进行相应的雕刻加工，以便在相似的情况下获得类似的加工效果，使得五轴精雕机能够提高加工的效率、精度和可靠性。
在本实施例中，判断所述工件是否需要进行多次加工的步骤S2中，包括：
S21：获取当前所需加工工件的几何形状；
S22：判断所述几何形状是否大于预设形状上限；
S23：若是，则基于所述所需加工工件的几何形状数量，构建相应数量的加工阶段，根据所述所需加工工件的精度要求，平衡各个加工阶段的加工频率。
在本实施例中，***通过获取当前所需加工工件的几何形状，而后判断该几何形状是否大于预先设有的雕刻形状上限，以执行对应的步骤；例如，当***判定到该几何形状并未大于预先设有的雕刻形状上限时，则***会根据工件的几何形状和加工需求，在预先设定的雕刻形状范围内选择一个适合的雕刻形状，确保选定的雕刻形状能够覆盖工件的所需雕刻区域，同时根据选定的雕刻形状，设置合适的切削参数，包括切削速度、进给速度和切削深度；例如，当***判定该几何形状大于预先设有的形状上限时，此时***会基于所需加工工件的几何形状数量，构建相应数量的加工阶段，将这些加工阶段录入至五轴精雕机中，基于加工阶段的数量逐个阶段为工件进行雕刻加工，同时根据工件的精度要求，平衡各个阶段的加工频率。
需要说明的是，分阶段进行雕刻加工的具体过程示例如下：
假设精雕机需要加工一个复杂的装饰雕刻工件，工件上有几个不同的曲线特征需要雕刻，此时可以将加工过程分为两个阶段：
阶段1： 雕刻曲线A
分析工件：确定工件上的曲线A特征；
确定策略：选择合适的切削工具、切削参数和路径，以适应曲线A的形状和材料；
生成路径：使用软件生成雕刻曲线A的切削路径；
雕刻：将雕刻路径信息录入五轴精雕机，进行曲线A的雕刻加工。
阶段2： 雕刻曲线B
分析工件：确定工件上的曲线B特征；
确定策略：选择适当的切削工具、切削参数和路径，以适应曲线B的形状和材料；
生成路径：使用软件生成雕刻曲线B的切削路径；
雕刻：将雕刻路径信息录入五轴精雕机，进行曲线B的雕刻加工。
通过将加工过程分为两个阶段，每个阶段对应一个特定的曲线特征，可以使五轴精雕机更好地控制加工质量和效率，同时保持精确的几何形状。
参考附图2，为本发明一实施例中基于精雕机的加工轨迹控制***，包括：
生成模块10，用于基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径；
判断模块20，用于判断所述工件是否需要进行多次加工；
执行模块30，用于若是，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数，其中，所述路径系数具体包括平滑系数、切削力度和转向精度，所述信息参数具体包括瑕疵方位、瑕疵总数和瑕疵高低；
第二判断模块40，用于判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化；
第二执行模块50，用于若否，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温，并在所述凹凸区域涂覆预设材料的涂层，在精雕机的预设频率中对所述工件施加共振，生成加工完毕的工件，其中，所述雕刻处理内容具体包括刀具进出深度和切削往返速度。
在本实施例中，生成模块10基于预先扫描得到的工件参数，在五轴精雕机中生成对应收录有的属于该工件的切削路径，而后判断模块20判断该工件是否需要进行多次加工才能完成切削，以执行对应的步骤；例如，当***判定到该工件不需要进行多次加工，则***会认为该工件属于常用的普通工件，只需要进行一次性加工即可完成精雕，说明这个工件的复杂程度、几何形状、材料特性或加工要求相对简单，不需要分阶段或多次加工来达到所需的加工精度和表面质量；例如，当***判定到该工件需要进行多次加工时，此时执行模块30会获取该工件切削路径的路径参数，根据这些路径参数构建属于该工件的最优加工轨迹，同时在最优加工轨迹中识别到可能存在于工件上的加工瑕疵后，捕捉这些加工瑕疵的信息参数，包括工件上的瑕疵方位、工件上的瑕疵总数量和每个瑕疵不同的高低程度；而后第二判断模块40通过判断这些加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些加工瑕疵能够被往复的切削路径优化，则***会认为这些加工瑕疵可能是由于加工参数、切削策略或刀具选择等因素引起的，而不是工件本身的材料或几何特性导致的，这种情况下可以通过适当的路径优化和加工参数调整以改善加工质量，减少或消除加工瑕疵，如更细致的切削、交叉路径等，以确保刀具更好地覆盖工件表面，减少瑕疵出现的可能性，如选择适当的刀具会改善加工质量，从而优化瑕疵问题；例如，当***判定到这些加工瑕疵无法通过往复切削路径优化时，此时第二执行模块50会通过动态调整切削路径时应用的雕刻处理内容，依据工件上加工瑕疵对应的凹凸区域进行局部控温，通过使用激光或其他加热冷却技术，在凹凸不平的区域施加局部加热或冷却，以调整材料的物理性质，从而实现瑕疵优化，并在这些凹凸不平的区域进行局部表面涂覆以平衡加工材料的特性，从而达到表面的一致性，同时在精雕机预先设有的共振频率对该工件进行共振，即可得到瑕疵修复完毕的已加工工件。
在本实施例中，还包括：
处理模块，用于采集所述工件的加工数据，对所述加工数据进行数据预处理，其中，所述加工数据具体包括工件模型、待加工路径和工件外表，所述预处理的过程具体包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理；
划分模块，用于将预处理得到的处理数据划分为训练集和测试集，基于所述处理数据选取预设的空白架构模型作为所述工件的路径规划模型，使用所述训练集对所述空白架构模型进行训练，并使用所述测试集对所述空白架构模型进行验证，得到预测模型；
模拟模块，用于将所需加工工件的3D模型输入至所述预测模型中，生成所述所需加工工件的预测雕刻路径和雕刻参数，将所述预测雕刻路径和雕刻参数输入至精雕机中对所述所需加工工件进行模拟雕刻。
在本实施例中，***通过收集一系列不同工件的加工数据，包括工件的3D模型、加工路径、加工参数、表面质量等信息，将这些数据作为空白架构模型的训练内容；而后对收集到的数据进行预处理，包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理，特征工程能够将原始加工数据转化为适合模型学***均处理，以消除随机噪声的影响，得到平均后的加工数据更稳定；而后***选择循环神经网络的深度学习架构以设计路径规划模型，对于路径规划模型所输入的加工数据可以是工件的3D模型，通过路径规划模型所输出的加工数据也可以是切削路径和参数；然后***将收集到的加工数据划分为训练集和测试集，训练集用于训练空白架构模型，测试集用于评估空白架构模型的性能，使用训练集对设计的深度学习模型进行训练，在训练过程中空白架构模型将学习不同工件的特征和加工模式，从而能够预测最佳的加工路径，而使用测试集对训练好的模型进行验证，评估其在新工件上的预测效果；当空白架构模型训练完成并通过验证后，即可得到能够预测加工路径的预测模型，此时***将当前所需加工工件的3D模型输入至预测模型中，得到预测的最佳雕刻路径和参数后，通过将模型生成的路径应用于实际的五轴精雕机，即可对工件进行模拟雕刻加工，在模拟过程中可以通过监测加工质量、表面质量和加工效率，以验证预测模型对路径规划的预测效果，在确认预测效果符合加工内容后，即可将预测模型预测的最优路径规划输入至五轴精雕机中，对当前所需加工工件进行雕刻加工。
在本实施例中，执行模块还包括：
获取单元，用于应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
判断单元，用于判断所述变化参数是否大于预设阈值；
执行单元，用于若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
在本实施例中，***通过应用预先设有的视觉***获取工件在进行模拟雕刻时，工件表面所产生的变化参数，变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化，而后***判断这些变化参数是否大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围内，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些变化参数并未大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围时，则***会认为该工件在模拟雕刻时不存在加工瑕疵，即当次的模拟雕刻属于完美加工，可以直接将模拟雕刻的预测路径输入至五轴精雕机中，对工件进行雕刻加工；例如，当***判定到这些变化参数大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围时，此时***会将这些变化参数存在的定位标注在工件的3D模型上，并将这些定位标注为单个加工瑕疵，且根据这些加工瑕疵的信息参数定义这些加工瑕疵的待修正内容。
在本实施例中，还包括：
识别模块，用于应用预设的3D扫描技术对所述加工瑕疵进行扫描，识别所述加工瑕疵的凹凸程度；
第三判断模块，用于判断所述凹凸程度是否匹配预设区域系数；
第三执行模块，用于若是，则将所述凹凸程度对应的加工瑕疵分别定义为凹陷区域和凸起区域，并分别对所述凹陷区域和所述凸起区域进行适应性优化，其中，所述适应性优化具体包括调整刀具角度和更换刀具类型。
在本实施例中，***应用预先设有的3D扫描技术对工件上的加工瑕疵进行扫描，以此识别到这些加工瑕疵不同程度的凹凸，而后***判断这些凹凸程度是否匹配预先设好的区域系数，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些凹凸程度不足以匹配预先设有的区域系数时，则***会认为这些加工瑕疵不存在明显的凹凸痕迹，无需通过雕刻进行修复，只需通过使用适当的磨削工具和抛光材料，逐渐将表面不平整处磨平，使其与周围表面达到一致的质量即可；例如，当***判定到这些凹凸程度能够匹配预先设有的区域系数时，此时***会将这些凹凸程度对应的加工瑕疵分别定义成凹陷区域和凸起区域，并分别对凹陷区域和凸起区域进行适应性优化。
在本实施例中，第二判断模块还包括：
第二获取单元，用于获取所述最优加工轨迹的重复加工路径；
第二判断单元，用于判断所述重复加工路径是否途径同一加工瑕疵；
第二判断单元，用于若是，则识别所述同一加工瑕疵经所述重复加工路径后的修复系数，基于所述修复系数对所述同一加工瑕疵进行优化评定。
在本实施例中，***通过获取最优加工轨迹中出现的重复加工路径，而后判断这些重复加工路径是否途径同一加工瑕疵，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些重复加工路径无法途径同一个加工瑕疵时，则***会尝试在瑕疵区域进行局部切削或磨削，以确保只在瑕疵区域进行必要的材料去除，而不会影响其他部分，或是通过退火处理使瑕疵区域的材料发生微小的塑性变形，从而减小瑕疵的影响；例如，当***判断到这些重复加工路径能够途径同一个加工瑕疵时，此时***会识别这些加工瑕疵经过五轴精雕机的重复加工路径后能够达到的修复系数，基于不同的修复系数对加工瑕疵进行优化评定。
在本实施例中，执行模块还包括：
第三获取单元，用于应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
第三判断单元，用于判断所述变化参数是否大于预设阈值；
第三执行单元，用于若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
在本实施例中，***通过应用预先设有的视觉***获取工件在进行模拟雕刻时，工件表面所产生的变化参数，变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化，而后***判断这些变化参数是否大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围内，以执行对应的步骤；例如，当***判定到这些变化参数并未大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围时，则***会认为该工件在模拟雕刻时不存在加工瑕疵，即当次的模拟雕刻属于完美加工，可以直接将模拟雕刻的预测路径输入至五轴精雕机中，对工件进行雕刻加工；例如，当***判定到这些变化参数大于五轴精雕机预先设有的可变化阈值范围时，此时***会将这些变化参数存在的定位标注在工件的3D模型上，并将这些定位标注为单个加工瑕疵，且根据这些加工瑕疵的信息参数定义这些加工瑕疵的待修正内容。
在本实施例中，生成模块还包括：
第四获取单元，用于获取当前所需加工工件的切削类型；
第四判断单元，用于判断所述切削类型能否匹配预收录的工件；
第四执行单元，用于若是，则基于所述所需加工工件生成历史切削路径，应用所述历史切削路径对所述所需加工工件进行雕刻加工。
在本实施例中，***通过获取当前所需进行加工的工件切削类型，而后判断该切削类型是否匹配五轴精雕机预先收录的工件信息，以执行对应的步骤；例如，当***判定到该切削类型无法匹配预先收录的工件信息时，则***会使用与类似工件相同的切削参数作为起点，并根据实际情况调整切削路径，以适应当前工件的形状和特点，通过优化切削路径可以改善切削质量和效率；例如，当***判定到切削类型能够匹配预先收录的工件信息时，此时***会基于所需加工的工件生成历史曾使用过的切削路径，应用该历史切削路径对工件进行相应的雕刻加工，以便在相似的情况下获得类似的加工效果，使得五轴精雕机能够提高加工的效率、精度和可靠性。
在本实施例中，判断模块还包括：
第五获取单元，用于获取当前所需加工工件的几何形状；
第五判断单元，用于判断所述几何形状是否大于预设形状上限；
第五执行单元，用于若是，则基于所述所需加工工件的几何形状数量，构建相应数量的加工阶段，根据所述所需加工工件的精度要求，平衡各个加工阶段的加工频率。
在本实施例中，***通过获取当前所需加工工件的几何形状，而后判断该几何形状是否大于预先设有的雕刻形状上限，以执行对应的步骤；例如，当***判定到该几何形状并未大于预先设有的雕刻形状上限时，则***会根据工件的几何形状和加工需求，在预先设定的雕刻形状范围内选择一个适合的雕刻形状，确保选定的雕刻形状能够覆盖工件的所需雕刻区域，同时根据选定的雕刻形状，设置合适的切削参数，包括切削速度、进给速度和切削深度；例如，当***判定该几何形状大于预先设有的形状上限时，此时***会基于所需加工工件的几何形状数量，构建相应数量的加工阶段，将这些加工阶段录入至五轴精雕机中，基于加工阶段的数量逐个阶段为工件进行雕刻加工，同时根据工件的精度要求，平衡各个阶段的加工频率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径；
判断所述工件是否需要进行多次加工；
若是，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数，其中，所述路径系数具体包括平滑系数、切削力度和转向精度，所述信息参数具体包括瑕疵方位、瑕疵总数和瑕疵高低；
判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化；
若否，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温，并在所述凹凸区域涂覆预设材料的涂层，在精雕机的预设频率中对所述工件施加共振，生成加工完毕的工件，其中，所述雕刻处理内容具体包括刀具进出深度和切削往返速度。
2.根据权利要求1所述的基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，所述则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹的步骤前，还包括：
采集所述工件的加工数据，对所述加工数据进行数据预处理，其中，所述加工数据具体包括工件模型、待加工路径和工件外表，所述预处理的过程具体包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理；
将预处理得到的处理数据划分为训练集和测试集，基于所述处理数据选取预设的空白架构模型作为所述工件的路径规划模型，使用所述训练集对所述空白架构模型进行训练，并使用所述测试集对所述空白架构模型进行验证，得到预测模型；
将所需加工工件的3D模型输入至所述预测模型中，生成所述所需加工工件的预测雕刻路径和雕刻参数，将所述预测雕刻路径和雕刻参数输入至精雕机中对所述所需加工工件进行模拟雕刻。
3.根据权利要求1所述的基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，所述解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数的步骤中，包括：
应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
判断所述变化参数是否大于预设阈值；
若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
4.根据权利要求1所述的基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，所述则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温的步骤前，还包括：
应用预设的3D扫描技术对所述加工瑕疵进行扫描，识别所述加工瑕疵的凹凸程度；
判断所述凹凸程度是否匹配预设区域系数；
若是，则将所述凹凸程度对应的加工瑕疵分别定义为凹陷区域和凸起区域，并分别对所述凹陷区域和所述凸起区域进行适应性优化，其中，所述适应性优化具体包括调整刀具角度和更换刀具类型。
5.根据权利要求1所述的基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，所述判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化的步骤中，包括：
获取所述最优加工轨迹的重复加工路径；
判断所述重复加工路径是否途径同一加工瑕疵；
若是，则识别所述同一加工瑕疵经所述重复加工路径后的修复系数，基于所述修复系数对所述同一加工瑕疵进行优化评定。
6.根据权利要求1所述的基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，所述基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径的步骤中，包括：
获取当前所需加工工件的切削类型；
判断所述切削类型能否匹配预收录的工件；
若是，则基于所述所需加工工件生成历史切削路径，应用所述历史切削路径对所述所需加工工件进行雕刻加工。
7.根据权利要求1所述的基于精雕机的加工轨迹控制方法，其特征在于，所述判断所述工件是否需要进行多次加工的步骤中，包括：
获取当前所需加工工件的几何形状；
判断所述几何形状是否大于预设形状上限；
若是，则基于所述所需加工工件的几何形状数量，构建相应数量的加工阶段，根据所述所需加工工件的精度要求，平衡各个加工阶段的加工频率。
8.一种基于精雕机的加工轨迹控制***，其特征在于，包括：
生成模块，用于基于预扫描的工件参数，生成工件预收录的切削路径；
判断模块，用于判断所述工件是否需要进行多次加工；
执行模块，用于若是，则获取所述切削路径的路径系数，根据所述路径系数构建所述工件的最优加工轨迹，解析所述最优加工轨迹在所述工件上生成的至少一项加工瑕疵，捕捉所述加工瑕疵在所述工件上的信息参数，其中，所述路径系数具体包括平滑系数、切削力度和转向精度，所述信息参数具体包括瑕疵方位、瑕疵总数和瑕疵高低；
第二判断模块，用于判断所述加工瑕疵能否通过往复的切削路径进行优化；
第二执行模块，用于若否，则动态调整所述切削路径的雕刻处理内容，依据所述工件上已布有的凹凸区域进行局部控温，并在所述凹凸区域涂覆预设材料的涂层，在精雕机的预设频率中对所述工件施加共振，生成加工完毕的工件，其中，所述雕刻处理内容具体包括刀具进出深度和切削往返速度。
9.根据权利要求8所述的基于精雕机的加工轨迹控制***，其特征在于，还包括：
处理模块，用于采集所述工件的加工数据，对所述加工数据进行数据预处理，其中，所述加工数据具体包括工件模型、待加工路径和工件外表，所述预处理的过程具体包括特征工程、多模态数据融合和噪声处理；
划分模块，用于将预处理得到的处理数据划分为训练集和测试集，基于所述处理数据选取预设的空白架构模型作为所述工件的路径规划模型，使用所述训练集对所述空白架构模型进行训练，并使用所述测试集对所述空白架构模型进行验证，得到预测模型；
模拟模块，用于将所需加工工件的3D模型输入至所述预测模型中，生成所述所需加工工件的预测雕刻路径和雕刻参数，将所述预测雕刻路径和雕刻参数输入至精雕机中对所述所需加工工件进行模拟雕刻。
10.根据权利要求8所述的基于精雕机的加工轨迹控制***，其特征在于，所述执行模块还包括：
获取单元，用于应用预设的视觉***获取所述工件进行模拟雕刻时的变化参数，其中，所述变化参数具体包括轮廓变化、粗糙度变化和角度变化；
判断单元，用于判断所述变化参数是否大于预设阈值；
执行单元，用于若是，则将所述变化参数对应存在的工件定位标注为单个加工瑕疵，基于所述加工瑕疵的信息参数定义所述加工瑕疵的待修正内容。
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| CN202311227097.5A CN116974239B (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种基于精雕机的加工轨迹控制方法及*** |
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