一种基于CAD建模的保温杯抛光方法与流程

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种基于cad建模的保温杯抛光方法。

背景技术：

保温杯(vacuumcup)一般是由陶瓷或不锈钢加上真空层作成的盛水的容器，顶部有盖，密封严实，真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热，以达到保温的目的。

随着时代和科技的发展，科技的进步同时促进了保温杯抛光方法的技术进步，单是依然存在着缺陷，现在的保温杯抛光采用人工抛光和机械抛光两种无法将cad建模技术与机械抛光进行结合，导致机械化抛光容易出现偏差影响抛光的效果，同时灵活性降低，生产效率和加工效率也随之降低，故而提出了一种基于cad建模的保温杯抛光方法解决这一问题。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于cad建模的保温杯抛光方法，具备抛光灵活性高无误差，生产效率高等优点，解决了现在的保温杯抛光采用人工抛光和机械抛光两种无法将cad建模技术与机械抛光进行结合，导致机械化抛光容易出现偏差影响抛光的效果，同时灵活性降低，生产效率和加工效率也随之降低的问题。

(二)技术方案

本发明要解决的另一技术问题是提供一种基于cad建模的保温杯抛光方法，包括以下步骤：

1)校准抛光系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致，包括如下步骤：

a设定杯架旋转中心为工件原点(0，0)，水平方向为加工x轴，对应设计模型的x轴，竖直方向为加工z轴，对应设计模型的y轴；

b杯架上有上套、下套以及a轴来稳定杯身，待加工保温杯放置在模具上，通过上套、下套以及a轴稳定保温杯，防止打磨时保温杯晃动；

c控制杯子旋转的轴为b轴，b轴顶紧之后，带动杯子转动；

d将相应的待加工保温杯的cad设计模型导入抛光系统之中，在加工系统的坐标系中编辑保温杯加工轨迹，图形中设计模型的坐标原点距离工件原点距离为w和h；

e用户输入模具高度，根据模具高度，输入模型的杯底直径，系统自动进行校准；

2)抛光轨迹的确定：刀具中心的轨迹曲线为目标曲线的等距曲线，故砂轮中心的轨迹曲线po(t)与刀具半径及目标曲线之间具备函数关系：po(t)＝p(t)+r*σn(t)；

其中，p(t)＝(x(t)，y(t))为目标曲线的参数形式，参数t∈[0，1]，r为砂轮半径；目标曲线的单位法向量为

如果各抛光点为离散点，对折线段或者离散化后的圆弧、样条曲线，均表示折线段，因此单位法向量的计算也是离散的，通过以下方式确定抛光轨迹：假设折线段上有k+1个点pi＝(xi，yi)，i＝0，…，k，记p-1＝p0，pk+1＝pk，对于点pi处的法向量ni，首先计算

于是有其中||*||表示向量的模运算；

3)避让角的计算：首先将轨迹中的点，分类为凹点、过渡点、临界点以及凸点，折线上pi处的向量根据右手法则判定，其中表示向量的点乘运算，求出若s为-1则i点是凹点，前一点记为临界点，剩余点暂记为凸点，dw为砂轮宽度；

假设，凹点记为pj＝(xj，yj)，j∈{0，…，k}；

将距离凹点小于砂轮宽度，且为凸点的点标记为过渡点；

4)计算每个凹点需要避让的角度：假设凹点记为pj＝(xj，yj)，j∈{0，…，k}，该点之后的点为pi＝(xi，yi)，i＝j+1，…k；

如果pj距离线段pipi+1距离为dv小于等于dw那么：

如果(d0-dw)(d1-dw)＞0，那么其中d0＝||pjpi||；d1＝||pjpi+1||，其中||*||表示向量的模运算；

如果(d0-dw)(d1-dw)＜0，pm＝(xm，ym)表示以pj为起点，长度为dw的线段与线段pipi+1的交点坐标；

假设过点pj向直线pipi+1作垂线，其交点为pv＝(xv，yv)，θj为点pi+1pjpi的夹角，θp为点pmpjpv的夹角，θv为点pvpjpi的夹角，θm为点pmpjpi的夹角，θq为点pi+1pjpv的夹角，那么余弦定理可知

如果θj＜θq，则θm＝θp-θv，否则θm＝θp+θv；

可得出

所以其中||*||表示向量的模运算，如果(d0-dw)(d1-dw)＜0，那么或

最后避让的角度为

5)计算过渡点的角度，具体步骤如下：

找到距离凹点pj之前且距离最近的一个凸点或者凹点pj-m，之间的过渡点有m个，则避让角度递增量为即从pj-m到pj每点的避让角度递增δd；

找到距离凹点pj之后且距离最近的一个凸点或者凹点pj+m，之间的过渡点有m个，则避让角度递减量为δd＝θj/m，即从pj-m到pj每点的避让角度递减δd；

6)线速度计算：

保温杯抛光过程中需要保证速度匀速，以此保证表面抛光均匀，通过控制器发出的速度指令为xyz三轴的合速度：其中vx，vv，vz分别表示x，y，z各轴脉冲频率，为保证线速度匀速，故每个离散点的合速度是不同的，合速度计算方式如下；

设定dx，dy，dz表示各轴单位螺距脉冲数：nx，ny，nz表示各轴丝杆导程，根据机械决定；δx，δy，δz分别表示x，y，z轴的脉冲增量，v表示各轴的合速度，v′表示需要达到的线速度；

各轴脉冲频率与脉冲增量之间的关系为：vx：vy：vz＝δx：δy：δz，当δy≠0时，计算得到各个轴的脉冲频率：

若δy＝0，且δx＝0，则各轴脉冲频率为：

若δy＝0，且δx≠0，则各轴脉冲频率为：

综上，可求得控制器的合成速度为:

优选的，所述步骤1-4中的待加工工件的cad设计模型为三维cad软件生成的模型。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于cad建模的保温杯抛光方法，具备以下有益效果：

1、该基于cad建模的保温杯抛光方法，通过步骤1)校准抛光系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致，实现了抛光设备的无误差调整，对杯子进行固定，防止杯子的固定发生偏差在进行打磨时发生晃动，影响抛光的速度和精确性，提高了生产的效率。

2、该基于cad建模的保温杯抛光方法，通过步骤2)抛光轨迹的确定，步骤3)避让角的计算，步骤4)计算每个凹点需要避让的角度，步骤5)计算过渡点的角度和6)线速度的计算，保证了通过cad建模，对抛光的角度误差进行精确的计算，使三维cad软件生成的模型数据与装置的自动化技术结合起来，形成互补，根据图纸以及填写的加工数据计算出实际抛光数据，生成指令下发给控制器，完成对保温杯的抛光任务，增强了系统使用性和灵活性，提高生产效率和加工效率。

附图说明

图1为该基于cad建模的保温杯抛光方法的流程示意图；

图2为该基于cad建模的保温杯抛光方法的保温杯及砂轮示意图；

图3为该基于cad建模的保温杯抛光方法的抛光轨迹示意图；

图4为该基于cad建模的保温杯抛光方法的避让角之后的抛光角度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明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做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。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种基于cad建模的保温杯抛光方法，包括以下步骤：

1)校准抛光系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致，包括如下步骤：

a设定杯架旋转中心为工件原点(0，0)，水平方向为加工x轴，对应设计模型的x轴，竖直方向为加工z轴，对应设计模型的y轴；

b杯架上有上套、下套以及a轴来稳定杯身，待加工保温杯放置在模具上，通过上套、下套以及a轴稳定保温杯，防止打磨时保温杯晃动；

c控制杯子旋转的轴为b轴，b轴顶紧之后，带动杯子转动；

d将相应的待加工保温杯的cad设计模型导入抛光系统之中，在加工系统的坐标系中编辑保温杯加工轨迹，图形中设计模型的坐标原点距离工件原点距离为w和h；

e用户输入模具高度，根据模具高度，输入模型的杯底直径，系统自动进行校准；

2)抛光轨迹的确定：刀具中心的轨迹曲线为目标曲线的等距曲线，故砂轮中心的轨迹曲线po(t)与刀具半径及目标曲线之间具备函数关系：po(t)＝p(t)+r*σn(t)；

其中，p(t)＝(x(t)，y(t))为目标曲线的参数形式，参数t∈[0，1]，r为砂轮半径；目标曲线的单位法向量为

如果各抛光点为离散点，对折线段或者离散化后的圆弧、样条曲线，均表示折线段，因此单位法向量的计算也是离散的，通过以下方式确定抛光轨迹：假设折线段上有k+1个点pi＝(xi，yi)，i＝0，…，k，记p-1＝p0，pk+1＝pk，对于点pi处的法向量ni，首先计算

于是有其中||*||表示向量的模运算；

3)避让角的计算：首先将轨迹中的点，分类为凹点、过渡点、临界点以及凸点，折线上pi处的向量根据右手法则判定，其中表示向量的点乘运算，求出若s为-1则i点是凹点，前一点记为临界点，剩余点暂记为凸点，dw为砂轮宽度；

假设，凹点记为pj＝(xj，yj)，j∈{0，…，k}；

将距离凹点小于砂轮宽度，且为凸点的点标记为过渡点；

4)计算每个凹点需要避让的角度：假设凹点记为pj＝(xj，yj)，j∈{0，…，k}，该点之后的点为pi＝(xi，yi)，i＝j+1，…k；

如果pj距离线段pipi+1距离为dv小于等于dw那么：

如果(d0-dw)(d1-dw)＞0，那么其中d0＝||pjpi||；d1＝||pjpi+1||，其中||*||表示向量的模运算；

如果(d0-dw)(d1-dw)＜0，pm＝(xm，ym)表示以pj为起点，长度为dw的线段与线段pipi+1的交点坐标；

假设过点pj向直线pipi+1作垂线，其交点为pv＝(xv，yv)，θj为点pi+1pjpi的夹角，θp为点pmpjpv的夹角，θv为点pvpjpi的夹角，θm为点pmpjpi的夹角，θq为点pi+1pjpv的夹角，那么余弦定理可知

如果θj＜θq，则θm＝θp-θv，否则θm＝θp+θv；

可得出

所以其中||*||表示向量的模运算，如果(d0-dw)(d1-dw)＜0，那么或

最后避让的角度为

5)计算过渡点的角度，具体步骤如下：

找到距离凹点pj之前且距离最近的一个凸点或者凹点pj-m，之间的过渡点有m个，则避让角度递增量为即从pj-m到pj每点的避让角度递增δd；

找到距离凹点pj之后且距离最近的一个凸点或者凹点pj+m，之间的过渡点有m个，则避让角度递减量为δd＝θj/m，即从pj-m到pj每点的避让角度递减δd；

6)线速度计算：

保温杯抛光过程中需要保证速度匀速，以此保证表面抛光均匀，通过控制器发出的速度指令为xyz三轴的合速度：其中vx，vy，vz分别表示x，y，z各轴脉冲频率，为保证线速度匀速，故每个离散点的合速度是不同的，合速度计算方式如下；

设定dx，dy，dz表示各轴单位螺距脉冲数：nx，nv，nz表示各轴丝杆导程，根据机械决定；δx，δy，δz分别表示x，y，z轴的脉冲增量，v表示各轴的合速度，v′表示需要达到的线速度；

各轴脉冲频率与脉冲增量之间的关系为：vx：vy：vz＝δx：δy：δz，当δy≠0时，计算得到各个轴的脉冲频率：

若δy＝0，且δx＝0，则各轴脉冲频率为：

若δy＝0，且δx≠0，则各轴脉冲频率为：

综上，可求得控制器的合成速度为:

本发明的有益效果是：通过步骤1)校准抛光系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致，实现了抛光设备的无误差调整，对杯子进行固定，防止杯子的固定发生偏差在进行打磨时发生晃动，影响抛光的速度和精确性，提高了生产的效率，通过步骤2)抛光轨迹的确定，步骤3)避让角的计算，步骤4)计算每个凹点需要避让的角度，步骤5)计算过渡点的角度和6)线速度的计算，保证了通过cad建模，对抛光的角度误差进行精确的计算，使三维cad软件生成的模型数据与装置的自动化技术结合起来，形成互补，根据图纸以及填写的加工数据计算出实际抛光数据，生成指令下发给控制器，完成对保温杯的抛光任务，增强了系统使用性和灵活性，提高生产效率和加工效率。

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。