用于铣削复杂通道形腔的自动方法
【专利摘要】在此披露了用于通过以下操作来由五轴计算机数控(CNC)机器铣削通道形腔的方法和装置：选择有待机加工的一个工件(141，210)；确定沿该通道形腔的切削工具流；确定切削工具深入穿透程度；确定一条次摆线路径(815，240)；并且确定多次辅助移动(144，260)。
【专利说明】用于铣削复杂通道形腔的自动方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年5月11日提交的非临时专利申请号13/470，207的优先权和权益，该申请的内容通过弓I用结合在此以用于所有目的。
【技术领域】
[0003]本发明在其若干实施例中总体上涉及针对计算机辅助制造(CAM)而规划的工具路径轨迹，并且更具体地讲，涉及使用多轴机床进行的复杂通道形腔的计算机辅助铣削。
[0004]背景
[0005]CAM软件系统是用于对计算机数控(CNC)机床进行编程的，CNC机床用于在机械加工车间中生产诸如模具、冲模、工具、原型以及航空部件等离散零件。可以机加工的形状的种类几乎是无限的:形状通常是根据方便的数学结构进行分类的，经常涉及数学的子领域例如拓扑学的使用。
[0006]“通道”形状是非技术人员也熟悉的一种简单图元几何概念。通过指定基线由底表面来连结的左侧壁和右侧壁可以完成通道的简单且直观的描述。这样的一种形状在CAM生产环境中处理的大多数零件中出现；具体地讲，在齿轮、叶轮、螺旋桨、抽吸和移动装置以及整体叶盘(压缩机的通过叶片与盘的结合而获得的类型)生产的具体领域中存在各种各样的通道形状。不同的通道可关于以下方面彼此不同:壁的高度、壁表面和底表面的曲率、壁的相对位置、通道的恒定或不恒定的宽度、壁表面的厚度以及其他几何参数。对此类通道的铣削可为这样一种精细过程:可能需要考虑到若干机械约束和几何约束。通过数控(NC)机器制造一个设计表面可以包括粗切削和精机加工这两个阶段。
[0007]在粗切削期间，必须尽可能快地将原料移除，同时确保既不过度切削、也不会刨削(即该切削工具移除原料的、实际要求属于最终目标形状的那一部分，从而将不可弥补的错误或缺陷引入整个铣削过程中)。此外，该切削工具与有待移除的原料之间的接触速率不能超过一个规定阈值；一个阈值取决于切刀末端的形状(即通常是平的、球形的或圆环形的——圆环形是介于前两种形状之间的中间形状)，并取决于被移除的原料的类型。
[0008]在精机加工期间，工具可被放置成与表面具有最大接触，以将剩余物移除并且形成一个良好精整过并准确的表面。在这两个阶段(即粗切削阶段和精机加工阶段)中，必须保持切削工具的可能出现的振动和运动不稳定性(在CAM专门词汇中也被称为“抖动”)是受控制的，以便减少在通道壁上的机械压力；这些壁可能非常薄——这是具有深腔的通道的尤其重要的考虑因素。
[0009]概述
[0010]多个实施例可包括一种由五轴计算机数控(CNC)机器来铣削通道形腔的方法，其中该方法可包括:选择有待机加工的一个工件，其中该工件具有一个通道的一个底表面、该通道的一个左壁、该通道的一个右壁以及一个切削工具的一个入口点；确定该切削工具的一组主要侧面铣削位置；并且确定该切削工具的一条次摆线路径。该方法的一些示例性实施例可进一步包括:确定该切削工具的多次辅助移动。该方法的一些示例性实施例可进一步包括:将一次或多次切削工具移动输出为一个或多个机器指令，其中该一次或多次切削工具移动可以基于以下各项中的至少一项:所选择的工件、所确定的一组主要侧面铣削位置、所确定的次摆线路径、以及所确定的辅助移动。该方法的一些示例性实施例可进一步包括:针对一个递增地降低的深度水平中的每个深度水平，重复进行以下各项中的至少一项:确定该切削工具的一组主要侧面铣削位置；确定该切削工具的一条次摆线路径；并且确定该切削工具的多次辅助移动。在该方法的一些示例性实施例中，确定该切削工具的该组主要侧面铣削位置可进一步包括:分析该工件通道的该底表面；基于该工件通道的所分析的底表面来确定多个可能的几何对称性；将包含所确定的可能的几何对称性的多条曲线扩展到该工件通道的该左壁上并扩展到该工件通道的该右壁上；分析该工件通道的该左壁的一个相对偏移位置；分析该工件通道的该右壁的一个相对偏移位置；并且生成一个更新的几何数据库，该数据库包含所扩展的这些曲线，所扩展的这些曲线包含该工件通道的所分析的左壁相对于该工件通道的该底表面的所确定的可能的几何对称性并且包含该工件通道的所分析的右壁相对于该工件通道的该底表面的所确定的可能的几何对称性。在该方法的一些示例性实施例中，确定该工具的多次辅助移动可进一步包括以下各项中的至少一项:接近该工件的一部分；使该工具与该工件的一部分脱离；将该工具路径的多个子区域之间的多次移动连接作为多条快速链路；添加一个抛光精整穿通，其中该抛光精整穿通可以基于该切削工具的所确定的次摆线路径；并且确定一条最终工具路径。在该方法的一些示例性实施例中，确定该切削工具的该次摆线路径可进一步包括:确定一个几何切削工具位置；确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的一个相对交互作用；确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的所确定的相对交互作用是否满足一组限定的技术约束，其中该组限定的技术约束包括至少一个技术约束；如果未满足该组限定的技术约束，那么确定一个新的几何切削工具位置，其中所确定的新的几何切削工具位置可以基于有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的所确定的相对交互作用、以及该至少一个技术约束的所确定的满足情况；并且输出所确定的新的几何切削工具位置以用于确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的该相对交互作用；并且如果满足该组限定的技术约束，那么接受该几何切削工具位置。在该方法的一些示例性实施例中，确定该几何切削工具位置可进一步包括:针对该工件通道的所选择的右壁确定一组几何切削工具位置；检验该工件通道的所选择的右壁的所确定的该组几何切削工具位置以便了解相对于该工件通道的该底表面的多个非碰撞的切削工具位置；在该工件通道的该底表面上重新产生任何对称性；如果发生以下各项中的至少一项那么就对该工件通道的所选择的右壁修改所确定的该组几何切削工具位置:与该工件通道的该底表面发生一次碰撞，以及可能违反该组限定的技术约束中的至少一个技术约束；针对该工件通道的所选择的左壁确定一组几何切削工具位置；检验该工件通道的所选择的左壁的所确定的该组几何切削工具位置以便了解相对于该工件通道的该底表面的多个非碰撞的切削工具位置；在该工件通道的该底表面上重新产生任何对称性；并且如果发生以下各项中的至少一项那么就对该工件通道的所选择的左壁修改所确定的该组几何切削工具位置:与该工件通道的该底表面发生一次碰撞，以及可能违反该组限定的技术约束中的至少一个技术约束。在该方法的一些示例性实施例中，确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的该相对交互作用可进一步包括:检验该次摆线路径以确定该切削工具不与以下各项中的至少一项碰撞:该通道的该底表面、该通道的该左壁、以及该通道的该右壁；检验该次摆线路径以确定该切削工具不生成比一个切削工具接合极限更大的切削工具接合；并且检验该次摆线路径确定解该切削工具具有允许该切削工具以高于一个设定优选速度的速度来移动的一个局部曲率。
[0011]多个实施例还可以包括一种用于生成五轴机床的指令的装置，该装置包括:一个具有可寻址存储器的处理模块，该处理模块被配置成:在可能未满足至少一个机加工限制参数时，针对一个通道形腔反复进行以下步骤:确定沿该通道形腔的切削工具流；确定从该通道形腔的一个顶表面朝向该通道形腔的一个底表面的切削工具深入穿透程度；并且基于沿该通道形腔的所确定的切削工具流和所确定的切削工具深入穿透程度来确定该切削工具的一条次摆线路径。在该装置的一些示例性实施例中，该处理模块可进一步被配置成:选择有待机加工的该通道形腔，其中该通道形腔具有一个底表面、一个左壁、一个右壁、以及该切削工具的一个入口点。在该装置的一些示例性实施例中，该处理模块可进一步被配置成:相对于该右壁确定一组主要侧面铣削工具位置；并且相对于该左壁确定一组主要侧面铣削工具位置；其中沿该通道形腔的所确定的切削工具流可基于相对于该右壁的所确定的该组主要侧面铣削工具位置以及相对于该左壁的所确定的该组主要侧面铣削工具位置。在该装置的一些示例性实施例中，该处理模块可进一步被配置成:确定多次辅助移动，其中多次辅助移动可为以下各项中的至少一项:接近该通道形腔；与该通道形腔脱离；将该切削工具在多个子区域之间的多次移动连接起来；添加一个抛光精整穿通，其中该抛光精整穿通可基于该切削工具的所确定的次摆线路径；并且确定一条最终工具路径。在该装置的一些示例性实施例中，该至少一个机加工限制参数可为以下各项中的至少一项:该通道的几何形状禁止一个附加穿通；以及机加工公差可小于一个附加穿通所要求的。在该装置的一些示例性实施例中，确定该切削工具的该次摆线路径的步骤可进一步基于以下各项中的至少一项:一个轴向切削工具接合、一个径向切削工具接合、至少一个切削工具速度参数、以及该通道形腔的该底表面与该次摆线路径的一个交互作用。
[0012]附图简要说明
[0013]各实施例可通过举例示出，但不限于附图中的图示，并且在附图中:
[0014]图1以功能框图描绘一种示例性机计算机辅助制造系统；
[0015]图2以顶级流程图描绘一种示例性的五轴机加工方法；
[0016]图3以顶级流程图描绘一种示例性的选择工件方法；
[0017]图4以顶级流程图描绘一个示例性的对称性扩展和同步步骤；
[0018]图5以顶级流程图描绘一个示例性侧面穿通步骤；
[0019]图6以功能框图描绘一个示例性次摆线生成步骤；
[0020]图7以功能框图描绘一种示例性的迭代反馈驱动定位过程；
[0021]图8描绘包括一条示例性次摆线工具路径的一个示例性通道形腔；
[0022]图9描绘一个示例性通道形腔的一部分中的一条示例性工具路径轨迹；
[0023]图10以顶级流程图示出一个示例性辅助移动步骤；并且
[0024]图1lA至图1lD描绘一个示例性抛光精整穿通操作。
[0025]详细说明
[0026]本实施例可以利用以下项的结构化组合:5轴侧面机加工、几何数据和技术约束的自适应分析所允许的高速机加工、以及通道专用的粗加工循环。X5轴数控(5轴NC)机器可由三条平移轴线和两条旋转轴线来表征:可用字母A、B或C来指示的两个旋转位置是根据特定机床的机械配置来分别限定围绕轴线X、Y或Z的位置。两条旋转轴线向切削工具能够执行的空间移动的范围添加二自由度；具体地讲，在与其中缺失两条旋转轴线并仅可能进行切削工具的平移移动的3轴NC机器相比时，它们表示一种技术增强。切削工具位置的这种增加的灵活性可以造成:a)更短的机加工时间；以及b)原料以一种方式被移除，以便更一致地重新产生期望的目标形状。
[0027]这些改进所花费的成本在于，该切削工具的计算出的轨迹必须要比3轴情况满足更多约束，即，就切削工具设备与原料之间可能的不希望的碰撞而言存在多得多的情况要来控制。另外，切削负载(即所谓的“工具接合”)的量(该量表示原料由该切削工具立即移除的量)可比3轴情况更容易地增加超过切削工具设备可承受的机械极限。此外，该工具的切削部分典型地包括其尖端以及柄部的一部分。尖端可以是平的、球形的、或圆环形的，其中圆环形是介于平形切削尖端与球形切削尖端之间的一种中间形状。柄部的一部分可以是圆柱形或圆锥形侧表面的一部分。因此，该工具可以或者用其尖端或者用其柄部切削原料。侧面铣削可以是生产效率更高的，因为它允许了更大的原料移除速率，并且它更有效地利用了切削工具的切削子区域。工具接合可被分成对应于尖端点铣削的一个径向部件和对应于侧面铣削的一个轴向部件。
[0028]多个示例性实施例可以包括一个适合通道形的切削工具轨迹计算，这被称为5轴次摆线通道粗加工(5轴TCR)。一条次摆线是由沿一条线来滚动的圆上固定的点跟踪的路径。这个定义被一般化为沿一条一般的三维曲线来滚动的圆，该一般的三维曲线被连续地适配成被机加工的通道的形状，具体地讲:适配成其左壁、右壁、以及底表面。
[0029]次摆线运动具有若干优点。一个优点在于，切削工具始终用其侧面移除材料，这允许了更高的机加工速度。另一个优点在于，仅仅切削工具的一个小区域在任何时候被接合。次摆线运动在施加至5轴NC时呈现出许多复杂情况。
[0030]为了计算切削工具的一个高效5轴不断或连续的次摆线粗加工移动，5轴TCR可以执行五个步骤。这第一步骤被称为对称性扩展和自动同步，并且其涉及了对有待机加工的通道的特定特征的全面几何分析。具体地讲，a)可将关于底表面的对称性的可能要素的信息扩展至多个通道壁；并且b)可评估通道的左壁和右壁的相对位置，并可建立通道右侧的子部分与通道左侧上的对应部分的所得对应。
[0031]第二步骤是侧面穿通产生。在这个步骤中，a)计算相对于右壁的一组主要侧面铣削工具位置；并且b)计算相对于左壁的一组主要侧面铣削工具位置。
[0032]第三步骤是次摆线生成步骤。在这个步骤中，第一步骤和第二步骤的对应要素可以经由拟圆形图案连结；图案典型地产生了特征性次摆线路径。在此步骤期间，工具接合是逐点估计的，并且这些次摆线穿通可自适应地改变，例如，在超过极限接合阈值的情况下。
[0033]第四步骤是增量步骤。在这个步骤中，反复重复进行先前三个步骤工序(即，同步-侧面穿通-次摆线)，即以更低幅度水平、或切削负载进行迭代，并且在通道内完成它们。这个过程允许通过保持低速率的切削负载来将原料逐渐移除。可以存在许多这些重复操作并且重复次数是取决于该通道的几何形状、所使用的切削工具的机械特征、以及要求5轴TCR机加工提供的精确程度(即，所谓的机加工公差)。这些参数还可影响两个相邻水平的相对深度距离。
[0034]第五步骤是辅助移动步骤。这个步骤包括向工具轨迹中添加多次辅助移动；其中工具所期望的这些辅助移动是根据以上说明进行计算的，例如，相对于切削负载和目标尺寸。第五步骤可以包括执行可任选的精整穿通。
[0035]该对称性扩展和自动同步步骤考虑到沿通道的工具流，而该侧面穿通产生步骤则考虑到横向方向:即，其产生从通道顶部朝向其底表面的工具深入穿透。该次摆线生成步骤可以处理各种技术方面，包括工具接合(即轴向和径向接合)、工具高速运动、以及该通道的底表面与切削工具轨迹的交互作用。增量步骤反复进行先前的步骤以完成粗加工操作，这取决于该通道的深度，因为该粗加工操作无法通过单个同步-侧面穿通-次摆线工序从该通道移除所有原料。辅助移动步骤可产生必要的链路并通过利用用于产生次摆线穿通的相同几何信息(并且尤其是在侧面穿通产生步骤中)来提供抛光最终结果的可能性。
[0036]实施例包括一种示例性CAM系统100，如图1中的功能框图所示。该系统包括机加工设备130以及包含规划模块110和数字代码生成器120的装置102。规划模块110具有处理模块，并且数字代码生成器120可为单独的处理模块或可体现为由规划模块的处理模块执行的计算机执行指令。数控机器由它们的处理单元所接收的命令来自动地操作。机加工设备130可以提供机床、或切削工具，并且可以根据数字代码生成器120所提供的指令对该切削工具相对于工件进行定向。该切削工具的位置可以三个绝对位置(即XYZ)和两个旋转位置(即，A——围绕X的旋转位置，以及B——围绕Y的旋转位置)表示。数字代码生成器可响应于规划模块110的输出。规划模块可以访问一个或多个数据库140，该一个或多个数据库140包括下列项的基于计算机的模型:(a)限定有待机加工的通道工件141的多个特征(典型地是左壁和右壁以及一个底表面)；(b)与被机加工的通道表面的分析有关的几何选项142以及信息可影响由切削工具的端点来描述的曲线(该种曲线被认为是工具路径)将具有的形状的方式；(c)表示以下内容的技术选项143:i)机加工设备130的切削工具与工件之间的相对位置；以及ii)粗加工策略的总体演变；以及(d)辅助移动144，其可包括:(1)用于接近该工件的指令；(2)用于与工件分离的指令；以及(3)用于联接多个机加工子区域的移动的指令。
[0037]通过用户界面150，系统100的用户可从数据库140选择文件或对象以由规划模块110应用来生成可例如为G-代码的数字代码121。随后，机加工设备130可以接收G-代码并且执行编码的指令来驱动该机床。例如，该装置可以具有被适配成从第一菜单151接收一个用户选择的一个用户界面150，其中第一菜单151可以通过触摸屏或显示器和指示装置显示，并且其中第一菜单151包括一个通道形状的多个基本要素的限定，这些基本要素是例如左壁、右壁、以及底表面，并且该装置可以具有被配置成从第二菜单152接收输入的用户界面150，其中第二菜单152可以与第一菜单151 —样通过触摸屏、显示器和指示装置呈现，或者通过单独的触摸屏或单独的显示器和指示装置呈现。第二菜单152可以包括指定多个工具参考点相对于通道形工件的相对位置和轴向取向的多个技术选项。
[0038]实施例可以包括一种示例性的5轴机加工方法200，如以图2的顶级流程图所示。包括一个规划或编程过程的一个5轴TCR机加工循环可以包括七个步骤，随后，在这些步骤之后可进行CNC代码的生成。5轴TCR机加工的示例性七个规划步骤包括以下(a)至(g)工序，如在以下详述。在示例性七个规划步骤中，利用简单和有限的输入信息的限定，仅仅步骤(a)可以要求机器CAM操作员的直接干涉。所有后续步骤、步骤(b)至(g)可由系统自动处理。该过程可由以下步骤组成:(a)限定或选择有待机加工的通道形工件的区域(步骤210) ；(b)扩展底表面的对称性并使所选择的通道形工件的左壁和所选择的通道形工件的右壁同步，即，对称性扩展和自动同步步骤(步骤220) ；(c)相对于右壁和左壁产生侧面铣削工具位置，即，侧面穿通产生步骤(步骤230) ；(d)通过拟圆形图案连结多个侧面穿通，即，次摆线生成步骤(步骤240) ；(e)在通道内以更低的水平反复重复进行先前的步骤(迭代)，即，增量步骤(步骤250) ；(f)限定多次辅助移动，即，辅助移动步骤(步骤260)，其可包括:(1)接近工件，⑵与该工件分离，⑶多次移动联接多个机加工子区域，以及⑷抛光多条穿通；并且(g)生成CNC代码(步骤270)。
[0039]利用本发明的5轴TCR机加工方法，可由一个5轴CNC机器来有效地切削大量通道形工件。初步的几何限定步骤和分析步骤、即步骤210和步骤220允许通道形状被分解成表示通道左壁和通道右壁的一个流通部件、以及一个深度部件，整个深度部件受到壁形状的影响并且表示通道的底表面。几何分析阶段以及上述分解允许通道形状表面被处理成更简单的实体以产生工具的对应轨迹。根据工具接合和曲率分析的次摆线穿通的自适应修改是表征5轴TCR的极大灵活性的另一要素，其中该机加工方法可能能够应付各种各样的通道形工件。
[0040]一种示例性的选择工件方法300以图3的顶级流程图示出。部分几何选择可以仅为要求CAM操作员的明确干涉的过程中的任务，因为所有其他步骤和阶段都可由系统自动处理。这些示例性步骤包括:(a)选择有待机加工的通道形工件的区域(步骤310) ；(b)通过一组限定的表面来选择通道的右壁和通道的左壁(步骤320) ；(c)通过一组限定的表面来选择通道的底表面(步骤330);以及(d)限定通道的一个入口点，该入口点可以用于指定通道内的次摆线穿通的流通方向(步骤340)。
[0041]一种示例性的对称性扩展和同步方法400以图4的顶级流程图示出。这个步骤可以完全地自动化，并且可不要求CAM操作员的任何直接动作。这些示例性步骤包括:(a)底表面的分析以及可能的几何对称性的检测(步骤410) ；(b)关于底表面的此类信息向左壁和右壁的扩展(步骤420) ；(c)左壁和右壁的相对偏移位置的检测以及描述通道流通方向并与通道壁等距离的一条三维曲线(即所谓的螺旋曲线)的限定，该曲线携有关于壁之间的相对偏移的所有信息(步骤430);以及(d)基于步骤420和步骤430中收集的信息的一个更新的几何数据库的生成，该数据库包含左壁表面和右壁表面的对称并同步的型式(步骤440)。步骤410中的可能的对称性可以包括例如圆柱形表面、球形表面、一般回转表面等坐寸ο
[0042]一种示例性的侧面穿通产生方法500以图5的顶级流程图示出。这可以是完全自动化的步骤，它不涉及CAM操作员的直接动作。这些示例性步骤包括:(a)侧面铣削右壁的一组工具位置的产生(步骤510) ；(b)相对于底表面的先前所产生的这些位置的检验，以及在底表面上任何可能的现存对称性的连贯重新产生(步骤520) ；(c)在与底表面碰撞或违反其它技术约束的情况下，根据最小距离标准的对先前所产生的这些位置的自适应修改(步骤530);以及(d)相同过程(B卩，步骤510、步骤520、以及步骤530)向通道左壁的应用(步骤540)。步骤510中的该组工具位置可以根据先前计算出的壁表面的几何特性(参见图4)产生。
[0043]图6描绘次摆线生成步骤600的内容的一个示例性功能框图。这可以是完全自动化的步骤，它不涉及CAM操作员的直接动作。这些示例性步骤包括:(a)在侧面穿通产生步骤(参见图5)中，所产生并连接的左壁和右壁位置形成拟圆形图案的起点和终点(步骤610) ；(b)检验拟圆形图案以产生与通道的左壁和右壁不碰撞的位置(步骤620) ；(c)检验拟圆形图案以产生不生成比切削工具可承受的接合更大的工具接合的位置(步骤630) ；(d)可以检验拟圆形图案以具有允许切削工具在切削时高速移动(例如，高速机加工(HSM))的局部曲率(步骤640);以及(e)检验拟圆形图案以产生与通道的底表面不碰撞的位置(步骤650)。用户、或程序可以设定用于检验局部曲率是否允许切削工具以高于或等于设定的优选速度的速度移动的优选速度。步骤610中的图案形状可以根据第二菜单152中的多个技术约束(参见图1)和/或步骤420和步骤440中确定的多个对称性特征(参见图4)构建。在步骤620中的碰撞情况下，这些图案可不断或连续地且自适应地被修改，SP，一种迭代反馈驱动定位算法:参见图7，以便产生较可能的、或最可能的无碰撞的工具位置配置。在步骤630中的过度接合的情况下，这些图案可连续地且自适应地被修改，以便产生最可能的接合受控的工具位置配置。在步骤640中的超过曲率的情况下，这些图案可不断或连续地且自适应地被修改，以便产生最可能的曲率受控的工具位置配置。在步骤650中的与底表面碰撞的情况下，每个位置可沿其轴线偏移以产生最可能的无碰撞位置。
[0044]图7以功能框图描绘一种示例性迭代反馈驱动定位过程700。这些示例性步骤包括:(a)在几何上计算一个切削工具位置(CTP)(步骤760) ； (b)外部例行程序计算目标工件(WP)与切削工具位置(或如果是来自步骤790，则为改进的切削工具位置(ICTP))的相对交互作用(步骤770) ； (c)确定WP对CTP或ICTP的相对位置是否满足技术约束(步骤780) ； (d)如果在步骤780中并未满足技术约束，那么可以通过根据步骤770和步骤780中获取的信息对目标WP和CTP (或ICTP)的相对交互作用进行测试来产生一个改进的位置ICTP (步骤785) ； (e)改进的ICTP作为新的输入而传送回到步骤770，并且从步骤785到步骤790再到步骤770并返回到步骤780的循环继续，直至在步骤780中满足技术约束(步骤790);并且(f)如果满足了技术约束，那么接受切削工具位置(步骤795)。
[0045]图8描绘包括一条示例性次摆线工具路径的一个示例性通道形腔800。该示例性通道包括一个左(内)壁811、一个右(内)壁812、以及一个底表面813,这些可由CAM操作员输入。次摆线路径815的一个入口点818也可由CAM操作员输入。
[0046]图9描绘一个示例性通道形腔的一部分中的一条示例性工具路径轨迹900。该示例性通道形腔包括一个左(内)壁911、一个右(内)壁912、以及一个入口点918。在次摆线生成步骤期间所生成的起点和终点形成拟圆形的次摆线图案915的左侧工具路径轴线界限916、右侧工具路径轴线界限917、以及底部工具路径轴线界限914。一个示例性侧面铣削工具921、922、923被描绘为处于沿其次摆线路径915的三个位置。在第一铣削工具位置921中，铣削工具是根据轴线931上的一个计算出的工具路径进行定位。铣削工具随后移动到轴线932上的一个第二铣削工具位置922中。铣削工具随后移动到轴线933上的一个第三铣削工具位置923中。铣削工具位置沿着基于先前所确定的侧面铣削工具位置组而构造的一条次摆线路径移动。
[0047]步骤250中描述的增量步骤(参见图2)是图4、图5以及图6中的至少一个中描述的步骤以在通道内的较低深度水平来进行的重复。重复次数取决于该通道的几何形状、所使用的切削工具的机械特征、以及要求5轴TCR机加工提供的精确程度(即，所谓的机加工公差)。这些参数还可影响两个相邻水平的相对深度距离。
[0048]图10以顶级流程图1000来示出对辅助移动步骤中计算的工具位置轨迹的添加。选择接近和脱离以作为围绕半径的或辐射状的运动(步骤1010)。工具路径的大的部分(即子区域)之间的连接可选择为快速链路(步骤1020)。一个抛光精整穿通操作可添加到每个增量水平中(步骤1030)。随着规划完成，可以确定工具路径(步骤1040)。可就碰撞检测检查辅助移动步骤。
[0049]图1lA至图1lD以通道的俯视图来描绘一个示例性抛光精整穿通操作。该示例性抛光精整穿通操作可在切削工具1110执行次摆线工具路径的次摆线穿通1120后立刻执行(图11A)。精整穿通可以移除切削工具在左壁1101和右壁1102上的次摆线穿通所留下的原料1131、1132、1133、1134、1135，例如“皱褶”。用于产生次摆线工具路径的工具定位可生成用于该精整穿通的工具路径(图11C)。切削工具1110可从右壁1102、左壁1101和/或底表面移除原料1133、1134、1135，例如“去皮(peeling) ” (图11D)。这种精整穿通可以最少的机加工劳动产生期望的最终形状。
[0050]考虑的是，可对上述实施例的特定特征和方面作出各种组合和/或子组合，但仍落入本发明的范围内。因此，应当理解，所披露的实施例的不同特征和方面可相互组合或替换以形成所披露的本发明的不同模式。另外，旨在在此通过举例来披露的本发明的范围不应由所述特别披露的实施例限制。
【权利要求】
1.一种由五轴计算机数控(CNC)机器来铣削通道形腔的方法，该方法包括: 选择有待机加工的一个工件，其中该工件具有一个通道的一个底表面、该通道的一个左壁、该通道的一个右壁以及一个切削工具的一个入口点； 确定该切削工具的一组主要侧面铣削位置；并且 确定该切削工具的一条次摆线路径。
2.如权利要求1所述的铣削通道形腔的方法，进一步包括: 确定该切削工具的多次辅助移动。
3.如权利要求2所述的铣削通道形腔的方法，进一步包括: 将一次或多次切削工具移动输出为一个或多个机器指令，其中该一次或多次切削工具移动是基于以下各项中的至少一项:所选择的工件、所确定的一组主要侧面铣削位置、所确定的次摆线路径、以及所确定的辅助移动。
4.如权利要求2所述的铣削通道形腔的方法，进一步包括: 针对一个递增地降低的深度水平中的每个深度水平来重复进行以下各项中的至少一项: 确定该切削工具的一组主要侧面铣削位置； 确定该切削工具的一条次摆线路径；并且 确定该切削工具的多次辅助移动。
5.如权利要求1所述的铣削通道形腔的方法，其中确定该切削工具的该组主要侧面铣削位置进一步包括: 分析该工件通道的该底表面； 基于该工件通道的所分析的底表面来确定多个可能的几何对称性； 将包含所确定的可能的几何对称性的多条曲线扩展到该工件通道的该左壁上并扩展到该工件通道的该右壁上； 基于对该工件通道的该左壁的一个分析和对该工件通道的该右壁的一个分析来确定该工件通道的该左壁的一个相对偏移位置以及该工件通道的该右壁的一个相对偏移位置；并且 生成一个更新的几何数据库，该数据库包含所扩展的这些曲线，所扩展的这些曲线包含该工件通道的所分析的左壁相对于该工件通道的该底表面的所确定的可能的几何对称性并且包含该工件通道的所分析的右壁相对于该工件通道的该底表面的所确定的可能的几何对称性。
6.如权利要求2所述的铣削通道形腔的方法，其中确定该工具的多次辅助移动进一步包括以下各项中的至少一项:接近该工件的一部分；使该工具与该工件的一部分脱离；将该工具路径的多个子区域之间的多次移动进行连接作为多条快速链路；添加一个抛光精整穿通，其中该抛光精整穿通是基于该切削工具的所确定的次摆线路径；并且确定一条最终工具路径。
7.如权利要求1所述的铣削通道形腔的方法，其中确定该切削工具的该次摆线路径进一步包括: 确定一个几何切削工具位置； 确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的相对交互作用； 确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的所确定的相对交互作用是否满足一组限定的技术约束，其中该组限定的技术约束包括至少一个技术约束； 如果未满足该组限定的技术约束，那么 确定一个新的几何切削工具位置，其中所确定的新的几何切削工具位置是基于有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的所确定的相对交互作用、以及该至少一个技术约束的所确定的满足情况；并且 输出所确定的新的几何切削工具位置以用于确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的相对交互作用；并且如果满足了该组限定的技术约束，那么接受该几何切削工具位置。
8.如权利要求7所述的铣削通道形腔的方法，其中确定该几何切削工具位置进一步包括: 针对该工件通道的所选择的右壁确定一组几何切削工具位置； 检验该工件通道的所选择的右壁的所确定的该组几何切削工具位置以了解相对于该工件通道的该底表面的多个非碰撞的切削工具位置； 在该工件通道的该底表面上重新产生任何对称性； 如果发生以下各项中的至少一项那么就为该工件通道的所选择的右壁修改所确定的该组几何切削工具位置:与该工件通道的该底表面发生一次碰撞，以及违反该组限定的技术约束中的至少一个技术约束； 针对该工件通道的所选择的左壁确定一组几何切削工具位置； 检验该工件通道的所选择的左壁的所确定的该组几何切削工具位置以了解相对于该工件通道的该底表面的多个非碰撞的切削工具位置； 在该工件通道的该底表面上重新产生任何对称性；并且 如果发生以下各项中的至少一项那么就为该工件通道的所选择的左壁修改所确定的该组几何切削工具位置:与该工件通道的该底表面发生一次碰撞；以及违反该组限定的技术约束中的至少一个技术约束。
9.如权利要求8所述的铣削通道形腔的方法，其中确定有待机加工的该工件与所确定的几何切削工具位置的相对交互作用进一步包括: 检验该次摆线路径以确定该切削工具不与以下各项中的至少一项碰撞:该通道的该底表面、该通道的该左壁、以及该通道的该右壁； 检验该次摆线路径以确定该切削工具不产生比一个切削工具接合极限更大的切削工具接合；并且 检验该次摆线路径以确定该切削工具具有允许该切削工具以高于一个设定优选速度的速度来移动的一个局部曲率。
10.一种用于生成五轴机床的指令的装置，该装置包括: 一个具有可寻址存储器的处理模块，该处理模块被配置成: 在未满足至少一个机加工限制参数时，针对一个通道形腔重复以下步骤: 确定沿该通道形腔的切削工具流； 确定从该通道形腔的一个顶表面朝向该通道形腔的一个底表面的切削工具深入穿透程度；并且 基于沿该通道形腔的所确定的切削工具流和所确定的切削工具深入穿透程度来确定该切削工具的一条次摆线路径。
11.如权利要求10所述的用于生成五轴机床的指令的装置，其中该处理模块进一步被配置成: 选择有待机加工的该通道形腔，其中该通道形腔具有一个底表面、一个左壁、一个右壁以及该切削工具的一个入口点。
12.如权利要求11所述的用于生成五轴机床的指令的装置，其中该处理模块进一步被配置成: 相对于该右壁确定一组主要侧面铣削工具位置；并且 相对于该左壁确定一组主要侧面铣削工具位置； 其中沿该通道形腔的所确定的切削工具流是基于相对于该右壁所确定的该组主要侧面铣削工具位置以及相对于该左壁所确定的该组主要侧面铣削工具位置。
13.如权利要求10所述的用于生成五轴机床的指令的装置，其中该处理模块进一步被配置成: 确定多次辅助移动，其中多次辅助移动是以下各项中的至少一项:接近该通道形腔；与该通道形腔脱离；将该切削工具在多个子区域之间的多次移动连接起来；添加一个抛光精整穿通，其中该抛光精整穿通是基于该切削工具的所确定的次摆线路径；并且确定一条最终工具路径。
14.如权利要求10所述的用于生成五轴机床的指令的装置，其中该至少一个机加工限制参数是以下各项中的至少一项:该通道的几何形状禁止一个附加穿通；以及机加工公差是小于一个附加穿通所要求的。
15.如权利要求10所述的用于生成五轴机床的指令的装置，其中确定该切削工具的该次摆线路径的步骤是进一步基于以下各项中的至少一项:一个轴向切削工具接合、一个径向切削工具接合、至少一个切削工具速度参数以及该通道形腔的该底表面与该次摆线路径的交互作用。
【文档编号】B23C5/12GK104395023SQ201380033108
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年5月10日 优先权日:2012年5月11日
【发明者】朱利亚诺·索娜 申请人:德普技术公司