本发明涉及用于机加工的方法和系统，并且更具体地，涉及利用工具为工件去毛刺或磨削工件的方法，以及使用该方法的机器人系统。
背景技术：
工具路径是工具可以行进以便在对象上执行操作的路径。例如，工具路径可以是去毛刺工具沿着工件边缘移动并且工件的与待去毛刺的轮廓接触的路径。工具路径可以包括一系列点。每个点可以对应于工具的参考坐标系内的位置。
根据大多数机器人的应用，例如去毛刺或磨削，机加工工具需要直接与要处理的工件接触。如图1所示，通常在机加工过程期间，工具的单个接触点或一圈固定接触点被编程为移动经过预定的工具路径(“正常工具路径”)。由于工具总是通过一个或多个固定的接触点接触工件，所以其会被迅速磨损和磨耗，并且工具寿命也将会缩短。
技术实现要素：
因此，期望具有考虑到上述问题的方法和系统，并且该方法和系统定义用于机加工的工具柔性接触区域，而不是固定的接触点或部分。
本发明的目的之一在于提出一种用于生成机加工工具的波形工具路径的方案，以延长工具的使用寿命并且保证工艺质量。
根据本发明的一个方面，提供一种由机加工工具来机加工工件的方法。该方法包括使机加工工具对着工件相对移动，以在机加工工具和工件之间施加机加工进给。工件上的接触点被布置在工件的待机加工的区域上，并且在机加工工具处的接触点在机加工工具表面上形成曲线。相对运动涉及平移运动和/或旋转运动。由于通过使得一系列的接触点以曲线形式布置在工具表面上(而不是集中在一个接触点或部分上)来实现机加工，因此可以将磨损的影响分布在多个接触点之间，并且接触点中的每个接触点的磨耗将会减少。因此，可以延长工具的使用周期。
根据本发明的一个实施例，机加工进给适于对工件进行一致的表面精加工。
根据本发明的一个实施例，该方法还包括使机加工工具沿其轴线旋转。这样可以将机加工工具表面上的接触点扩大到包绕该轴线，从而扩大了接触区域。
根据本发明的一个实施例，曲线上的至少两个接触点是重叠的。这条曲线是一条包绕着机加工工具的轴线的连续曲线，并且它可以是交叉的。
根据本发明的一个实施例，机加工工具上的接触点实质上均匀分配在机加工工具表面上。可以将磨损的影响分布在多个接触点之间，并且接触点中的每个接触点磨耗将会更少。因此，可以延长工具的使用周期。
根据本发明的一个实施例，曲线是周期波形。由于波形的周期性，这使得更容易地进行离线编程以在机加工工具表面上并排设置具有相似波形的交叉波形，从而在机加工工具表面上形成一致的接触区域。
根据本发明的一个实施例，周期波形是正弦形或余弦形。
根据本发明的一个实施例，通过调整机加工工具相对于接触点的径向偏移来调节机加工进给。因此，工件可以在不发生过切或离开工件的情况下被机加工。
根据本发明的一个实施例，机加工工具的径向偏移被调整为机加工工具的相对于接触点的半径。
根据本发明的另一方面，提供一种机器人系统，其包括操纵器、机加工工具和控制器。控制器适于控制操纵器根据上述方法操作机加工工具。
本公开的有利之处在于，提供一种设置简单、具有成本效益和高工艺质量的用于生成波形工具路径的方法和系统。
附图说明
在下文中将参考在附图中示出的优选示例性实施例来更详细地解释本发明的技术方案，其中：
图1示出机加工工具的正常工具路径的示意图；并且
图2示出根据本发明实施例的通过手动编程所生成的机加工工具的波形工具路径的示意图；和
图3示出根据本发明实施例的由离线编程生成的机加工工具的波形工具路径的示意图；和
图4a、图4b、图4c和图4d分别示出根据本发明实施例的机加工工具表面的放大图；
图5示出根据本发明实施例的执行机加工过程的机器人系统。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的几个实施例，这些实施例的示例在附图中示出。应注意的是，只要可行，就可以在附图中使用相似或类似的附图标记，并且可以指示相似或类似的功能。附图仅出于说明的目的描绘了本发明的实施例。本领域技术人员根据以下描述将容易认识到，可以在不脱离其中所描述的本发明的原理的情况下使用本文所示的结构和方法的备选实施例。
在机加工工艺期间，机加工工具对着工件相对移动，以在机加工工具和工件之间施加机加工进给。即在工件保持静止的同时，机加工工具进行平移和/或旋转运动，或者在机加工工具保持静止的同时，工件平移和/或旋转运动，或者机加工工具和工件两者同时平移和/或旋转运动。例如，工具的形状像截圆锥体。通过使工具围绕其轴线旋转来提供主要运动，并且旋转工具从工件上的接触点去除材料以产生期望的形状，例如工件的抛光表面或边缘。进给运动是通过工具和工件在波形方向上的相对运动来实现的，该相对运动在工具的截圆锥体的表面上留下磨损。作为备选方案，该工具可以具有平面端面，并且可以沿着工件的待机加工的表面或边缘以一连串步骤移动，其中工具的平面端面的不同部分被进给到工件的磨削区域。因此，工具上的磨损的接触点也会看出曲线。当机加工工具与待机加工工件直接接触时，工件上的接触点被布置工件的在待机加工的区域上。由于通过使得一系列接触点以曲线形式布置在工具表面上(而不是集中在一个接触点或部分上)来实现机加工，因此可以将磨损的影响分布在多个接触点之间，并且接触点中的每个接触点的磨耗将会减少。因此，可以延长工具的使用周期。
图2示出了机加工工具的运动轨迹的示意图。该工具是截圆锥体的形状。机加工工具上的接触点10、20、30、40、50不限于单个接触点或一圈固定接触点，机加工工具上的接触点形成工具的用于机加工的更大接触区域，这使得工具上的更多部分参与机器人机加工过程。工具表面上的接触点沿着垂直于工具轴线的方向波动，因此机加工过程不仅适用于工具截面圆上的点或工具上的单点，而且也适用于工具表面上的那些接触点以外的接触点。工具使用范围的更宽的接触区域使得机加工工作负荷可以分布在更多的接触点之间，从而降低其平均磨损效果。此外，机加工工具上的接触点10、20、30、40、50实质上均匀分布在机加工工具表面上，使工具被均匀磨耗。
如图2所示，机加工工具上的接触点10、20、30、40、50也在机加工工具表面形成波形，这使得工具路径不再是一条直线，而是一条类似于波的曲线(“波形工具路径”)，机加工工具表面的磨损的波形可以实质上是周期波形，例如正弦形或余弦形，这确保工具被均匀磨耗。
操作人员可以通过手动编程来定义工具的接触区域。然而，手动编程已经证明比所需更耗时且耗费劳力，这导致工艺质量不一致。而且，不准确的手动编程可能会生成不合适的工具路径。因此，需要能够获得具有较好工艺质量的相同效果的离线编程方法和系统。
图3示出了由离线编程生成的机加工工具的波形工具路径的示意图。正如(a)所示，机加工工具沿着机加工路径从左向右相对移动。正如(b)所示，机加工工具的路径形成正弦状的周期波形工具路径。当应用波形工具路径方案时，工具在波形工具路径中移动，以确保工具的接触区域尽可能广地参与机器人机加工过程。同时，工具与工件保持接触以便施加机加工进给，而无论该工具的哪一部分区域在此时被用于进行机加工。
机加工工具的波形工具路径是由离线编程通过生成和同步以下三个运动而生成的：正常工具路径、轴向偏移和径向偏移。
正常工具路径(以下称为“第一运动”)定义了工件的待机加工区域。正常工具路径由接触高度决定，接触高度是从工具头到默认接触点的高度，该默认接触点被用作工具的用于机加工的单个接触点或一圈固定接触点。
轴向偏移(以下称为“第二运动”)是沿着工具轴线方向与接触高度的偏移。轴向偏移由波形深度确定，波形深度是以默认接触点为中心的工具绝对可用范围。换言之，波形深度限定了工具的接触区域的范围，即工具磨损的范围。
径向偏移(以下称为“第三运动”)是垂直于工具轴线方向的偏移运动，以确保工具始终接触待机加工的工件而不会过切或离开工件。径向偏移被调整为机加工工具的相对于接触点的半径。
如图3所示，当接触点11、31、51与待机加工工件接触时，接触高度是从工具头到默认接触点的高度，并且轴向偏移为零。当接触点21、41在使用中时，接触高度分别达到其最大值和最小值，并且轴向偏移在波形深度内的正方向或负方向上达到其最大绝对值。第一运动和第二运动是同步的，这意味着每当第一运动达到由待机加工的工件的形状确定的特定路径长度时，第二运动在波形深度内沿着工具轴线方向完成往复运动，从而延长工具的寿命。当第二运动完成正好一次往复运动时，第一运动达到沿路径长度的一个周期长度，机加工工具产生一个周期的波形工具路径，并且机加工工具处的接触点形成机加工工具表面上的周期波形。
图4a、图4b、图4c和图4d分别示出了机加工工具表面的展开图。如图4a所示，在一个周期长度内，工具沿其轴线旋转480°，工具上的接触点形成包绕着工具的轴线的正弦形的周期波形磨损。特别地，当工具旋转(1440n-1080)度时(n＝1、2、3…)，工具处的接触点形成{3(n-1)+3/4}正弦波形；当工具旋转(1440n-720)度(n＝1、2、3…)时，工具处的接触点形成{3(n-1)+3/2}正弦波形；当工具旋转(1440n-360)度(n＝1、2、3…)时，工具处的接触点形成{3(n-1)+9/4}正弦波形；当工具旋转1440n度(n＝1、2、3…)时，工具处的接触点形成{3(n-1)+3}正弦波形。图4b、图4c和图4d分别示出各种情况下(工具沿其轴线在一个周期长度内分别旋转1440度、2880度和5760度并且曲线上的至少两个接触点重叠)的工具磨损。以这种方式，工具上的接触点实质上均匀分布在工具表面上，使工具被均匀磨耗。但是，应该注意的是，工具可以旋转小于360度，例如，工具在一个周期长度内只旋转240度。
在机加工工艺期间，有必要限定机加工偏移，以便工具可以接触待机加工的工件，以便从工件去除适量的材料，而不会过切或离开工件，特别是当工具头不是柱体时。为了解决这个问题，波形工具路径解决方案还包括与第一运动和第二运动一起工作的第三运动。第三运动可以施加适于对工件进行一致的表面精机加工的机加工进给。通过调整机加工工具相对于接触点的径向偏移来调节机加工进给。随着第三运动的介入，机器人系统可能会生成一个自适应波形工具路径，并且保证工艺质量。
波形工具路径是由基于各种参数的计算机程序生成的。这些参数可以包括所选择工具的形状、接触高度、波形深度、周期长度和/或其他类型的因素，以帮助编程者快速和准确地设置机器人系统。
图5示出根据本发明实施例的执行机加工过程的机器人系统。如图5所示，机器人系统5包括操纵器500、机加工工具501和控制器502。操纵器500布置成保持机加工工具501。控制器502可以被离线编程，以控制操作器500根据上述方法操作机加工工具501。
尽管已经基于一些优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，这些实施例绝不应该限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对实施例进行的任何改变和变型应该在具有普通知识的人员和本领域技术人员的理解内，并且因此落入被所附权利要求限定的本发明的范围内。