一种直纹面加工路径生成方法、装置及设备与流程

本发明涉及数控加工技术领域，具体涉及一种直纹面加工路径生成方法、装置及设备。

背景技术：

数控技术是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志之一，更是体现一个机械制造企业技术水平的重要标志。数控技术的迅速发展，己经给传统的机械设计和制造方式带来了根本性的变革。特别是现代多轴数控机床的广泛使用，借助计算机辅助编程工具，大幅度缩短了产品的制造周期，提高了企业的竞争力。按照加工刀具而言，直纹面加工可以分为刚性刀具加工、软性刀具加工。例如，水射流切割、激光切割、等离子弧切割、电火花线切割都属于“软刀子”直纹面加工，也即软性刀具直纹面加工；铣刀则为刚性刀具。

在目前的三维cam(computeraidedmanufacturing，计算机辅助制造)软件中，上述的“软刀子”直纹面加工的编程是通过在工件的三维图形中把加工面进行排序和刀补偏移后，把加工面的上沿曲线和下沿曲线切分成一系列直线段(粗插补)，把该直线段端点的加工矢量的空间角度，连同端点的坐标和该加工矢量的运行速度，写到一行程序代码(比如g代码，g代码是数控程序中的指令。一般都称为g指令。)中，整个程序的代码在cnc(computernumericalcontrol，计算机数控)数控系统的下位机(运动控制器)中进行插补计算，形成每个运动轴所需要的运动命令。

但是目前的三维cam软件在直纹面加工上的应用还是存在一些问题：首先，本来连续光滑的曲线被切分成一系列的直线段之后，速度和加速度的连续性被破坏；而且如果直线段切分得太长，加工矢量运动轨迹的误差就很大；对切割过程中的加工速度和加速度很难进行优化；另外，“软刀子”直纹面加工，加工件的上下轮廓因为加工刀具的自然缺陷而出现不一致的情况。例如，切缝锥度误差、由于加工刀具下沿向后弯曲而造成转角和圆弧处出现裙摆状误差、或者是在电火花线切割时由于加工线中间向后弯曲而出现腰鼓状误差，等等。而传统的数控加工只关注刚性刀具，缺乏对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种直纹面加工路径生成方法、一种直纹面加工路径生成装置和相应的一种直纹面加工路径生成设备。

依据本发明的一个方面，提供了一种直纹面加工路径生成方法，包括：

获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；

根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；

根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；

根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

可选地，所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数；或者所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件。

可选地，所述数学模型还包括加工质量指标；当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件时，所述数学模型还包括所述工件厚度参数。

可选地，当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数时，所述根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型的步骤，包括：

对各所述目标直纹面进行排序和刀补偏移；

针对各所述目标直纹面，识别所述目标指纹面的上沿曲线以及下沿曲线；

构建所述上沿曲线的上沿曲线数学模型以及所述下沿曲线的下沿曲线数学模型；

构建对应同一目标直纹面的所述上沿曲线与所述下沿曲线之间的关联函数；

根据对应同一目标直纹面的所述上沿曲线数学模型、所述下沿曲线数学模型、所述关联函数构建所述目标直纹面的数学模型。

可选地，当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数以及加工质量指标时，所述根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型的步骤，包括：

对各所述目标直纹面进行排序和刀补偏移；

对各所述目标直纹面设置加工质量指标；

针对各所述目标直纹面，识别所述目标指纹面的上沿曲线以及下沿曲线；

构建所述上沿曲线的上沿曲线数学模型以及所述下沿曲线的下沿曲线数学模型；

构建对应同一目标直纹面的所述上沿曲线与所述下沿曲线之间的关联函数；

根据对应同一目标直纹面的所述上沿曲线数学模型、所述下沿曲线数学模型、所述关联函数以及所述直纹面对应的加工质量指标构建所述目标直纹面的数学模型。

可选地，所述根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度的步骤，包括：

根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度参数；

根据所述当前加工速度参数确定当前加工速度。

可选地，所述根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度的步骤，包括：

确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度；

根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度；

或者，根据当前加工矢量方向和所述工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度。

可选地，所述根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度的步骤，包括：

确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度；

根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；

或者，根据当前加工矢量方向和工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；

根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。

可选地，当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数时，所述确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度的步骤，包括：

在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点；

根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点；

根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度。

可选地，当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件以及所述工件厚度参数时，所述确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度的步骤，包括：

根据所述上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件以及工件厚度参数，确定在加工路径各处的所述当前空间角度以及所述实际切割厚度。

可选地，所述根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据的步骤，包括：

根据所述当前加工速度及加工矢量的当前位置计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度；

根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。

可选地，所述根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据的步骤，包括：

根据所述当前空间角度、所述实际切割厚度、所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述当前加工速度计算工艺修正参数；所述工艺修正参数包括当前路径修正位置以及当前空间修正角度；

根据所述当前路径修正位置以及所述当前空间修正角度对所述第一位置点以及所述当前空间角度进行修正；

根据修正后的第一位置点、修正后的当前空间角度，以及所述当前加工速度计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度；

根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。

可选地，所述获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹的步骤，包括：

判断所述目标工件三维图中的各目标加工面是否为满足预设工艺条件的直纹面；

如果所述目标加工面不为满足预设工艺条件的直纹面，则根据所述目标加工面生成满足预设工艺条件的直纹面作为所述目标加工面对应的目标直纹面。

根据本发明的另一方面，提供了一种直纹面加工路径生成装置，包括：

目标直面纹获取模块，用于获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；

数学模型生成模块，用于根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；

当前加工速度计算模块，用于根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；

加工路径数据获取模块，用于根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种直纹面加工路径生成设备，包括：

存储器，加载有多条可执行指令；

处理器，执行所述多条可执行指令；所述多条可执行指令包括执行以下步骤的方法：

获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；

根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；

根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；

根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

根据本发明的一种直纹面加工路径生成方法，可以获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。由此解决了现有的直纹面加工方法误差较大，缺乏对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿的技术问题。取得了降低直纹面加工的误差，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿的有益效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的一种直纹面加工路径生成方法的步骤流程图；

图1a示出了根据本发明一个实施例的一种各侧面均为直纹面的三维图形示意图；

图1b示出了根据本发明一个实施例的一种目标直纹面示意图；

图1c示出了根据本发明一个实施例的一种目标直纹面示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种直纹面加工路径生成方法的步骤流程图；

图2a示出了根据本发明一个实施例的一种万向摆动头的结构示意图；

图2b示出了根据本发明一个实施例的一种v型摆动头的结构示意图；

图2c示出了根据本发明一个实施例的一种磨料水刀在切割玻璃时射流下沿向后弯曲的示意图；

图2d示出了根据本发明一个实施例的一种磨料水刀由于切割速度不同而在工件上产生不同的锥度误差的示意图；

图2e示出了根据本发明一个实施例的一种磨料水刀由于射流在切割中弯曲造成转角有裙摆式的形状误差的示意图；

图2f示出了根据本发明一个实施例的一种磨料水刀由于射流在切割中弯曲造成小圆弧处有裙摆式的形状误差示意图；

图2g示出了根据本发明一个实施例的一种射流后拖量与切割速度的关系示意图；

图2h示出了根据本发明一个实施例的一种切缝上下宽度与切割速度的关系示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的一种直纹面加工路径生成装置的结构示意图；以及

图4示出了根据本发明一个实施例的一种直纹面加工路径生成装置的结构示意图；以及

图5示出了根据本发明一个实施例的一种直纹面加工路径生成设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

详细介绍本发明实施例提供的一种直纹面加工路径生成方法。

参照图1，示出了本发明实施例中一种直纹面加工路径生成方法的步骤流程图。具体可以包括如下步骤：

步骤110，获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹。

如果曲面方程为r(u，v)＝a(u)+vl(u)，其中l(u)为单位向量，则称此曲面为直纹面(ruledsurface)。也可以理解为，直纹面是由一条直线所织成，这些直线就称为此直纹面的(直)母线。例如，柱面和锥面都是直纹面，二次曲面中的单叶双曲面和双曲抛物面(马鞍面)也是直纹面。过柱面和锥面上每一点有一条直纹面模型直母线，而过单叶双曲面和双曲抛物面上每一点有两条直母线。这就是说，柱面和锥面各由一族直母线组成，而单叶双曲面和双曲抛物面各由两族直母线分别组成。如图1a所示的三维图形，其各个侧面均为直纹面。

在本申请实施例中的目标直面纹可以为待加工的目标工件三维图中代加工的部分对应的直纹面。例如，如果此时待加工的目标工件是一个圆形钢管，加工目标是在该圆形钢管表面上加工一个五角星图案，如图1b所示。那么此时需要获取的目标直纹面为图1b所示的圆形钢管表面的五角星形曲面。而如果代加工的目标工件三维图为如图1a所示的三维图形的工件，那么此时需要获取的目标直纹面即为图1a所示的三维图形中所包含的各个直纹面。

在本申请实施例中，可以将代加工的目标工件三维图导入cam软件中，然后利用cam软件从目标工件三维图判断并获取目标直面纹。

步骤120，根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型。

进而为了方便确定各目标直纹面的加工路径，则需要根据各目标直面纹，生成各目标直面纹的数学模型。具体的可以根据需求在本步骤之前，或者是本步骤之前设置最终生成的目标直纹面的数学模型中所包含的内容。例如，可以设置目标直纹面的数学模型包括其上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型以及上沿曲线与下沿曲线的关联函数，等等。

可选地，在本申请实施例中，所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数；或者所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件。

其中，目标直纹面的上沿曲线指，进行切割时刀具中心线与实际加工时进刀面的交点构成的曲线；目标直纹面的下沿曲线指未经过补偿时，刀具中心线与出刀面的交点构成的曲线。

在将目标工件三维图导入cam软件后，可以由用户设定加工面与非加工面(包括进刀面与出刀面)。对给定曲面上均匀离散取点，以对于每一点的曲面切平面与曲面交集判定其是否为直纹面。存在交集不包含过该点的直线段，该曲面为非直纹面；交集包含单条过该点的直线段，根据初始条件及其他约束取出这些直线段进行优化重新排序；交集包含两条及以上有限条过该点直线段，根据初始条件及其他约束条件选择一组直线段并进行优化重新排序；交集包含无数条过该点直线段，该曲面为平面，根据初始条件及其他约束规划一组直线段并排序。将这组直线段以每条直线段上各点平均面法向量向外偏移一个刀具偏移量，得到一组新的直线段，将其插值为直纹面。该直纹面定义为加工矢量面，与预先定义的进刀面的交线为上沿曲线，与预先定义的出刀面的交线为下沿曲线，加工矢量面直母线两端点对应函数为关联函数。

如果上沿曲线或者下沿曲线是简单的几何曲线，则可以不必利用曲线拟合方式确定其参数方程，而可以直接利用现有的函数表达式确定其参数以作为其数学模型。其中，简单几何曲线的数学模型的特例是圆弧，圆弧的参数方程为x(u)＝cos(u)、y(u)＝sin(u)。而如果上沿曲线或下沿曲线不是简单的几何曲线，而是复杂曲线，则需要进行曲线拟合，具体的可以利用任何可用方法对上沿曲线和下沿曲线进行曲线拟合，进而得到其数学模型，对此本申请实施例不加以限定。复杂曲线的数学模型的特例是非均匀有理b样条(non-uniformrationalb-splines，nurbs)曲线参数方程。由上述分析可知，在本申请实施例中，上沿曲线的数学模型和下沿曲线的数学模型都可以对应于一条直线或圆弧或样条曲线，也可以对应其他一个或一组复杂函数，或者是对应一个数据库，等等。而且，在实际应用中，对应同一直纹面的上沿曲线和下沿曲线可以相同也可以不同，对此本申请实施例也不加以限定。

而关联函数是指上沿曲线与下沿曲线上当前点所对应的弧长s1和s2的数学关系，比如：(1)s2＝c*s1；(2)s2＝c*s1*s1。前面是线性的关联函数，后者是非线性的关联函数。

另外，在本申请实施例中，对于某一些切割情况，比如在一个厚度均匀的球面上始终垂直球面切一个五角星，或者在一个厚度均匀的圆管表面上始终以某根固定轴的方向切一个圆，等等。数学模型可以不需要包含上述的下沿曲线的数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数，此时数学模型可以包括目标直面纹的上沿曲线数学模型以及加工矢量方向限定条件。其中的加工矢量方向限定条件可以根据目标工件或者目标直面纹进行预先设置。例如对于图1b所示的目标工件，可以规定加工矢量方向限定条件为加工矢量方向必须垂直于圆形钢管表面。又例如对于图1c所示的两个圆形钢管，那么如果要在圆形钢管a的侧面切割一个与圆形钢管b的接口，那么加工时的做法是在圆形钢管a表面上把两个圆管交线切割出来，此时可以设定加工矢量方向限定条件为加工矢量方向必须与圆形钢管b同轴。

可选地，在本申请实施例中，所述数学模型还包括加工质量指标；当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件时，所述数学模型还包括所述工件厚度参数。

如前述，如果数学模型中包括目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数，那么此时可以根据上沿曲线与下沿曲线对应点之间的距离得到工件实际切割厚度。

而如果数学模型中包括目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件时，那么为了确定对目标直纹面进行切割时的切割深度，此时的数学模型中还可以包括目标工件的工件厚度参数，从而可以根据工件厚度参数得到目标直纹面的工件实际切割厚度。

需要说明的是，在本申请实施例中，如果目标直纹面的实际切割厚度均匀且等于目标工件的工件厚度，那么则可以直接根据目标工件的工件厚度参数得到目标直纹面中各处的工件实际切割厚度。而如果目标加工面的实际切割厚度是变化的，那么此时则需要根据目标工件的工件厚度参数以及工件内外表面的形状进行计算，从而得出目标直纹面各处的工件实际切割厚度。

另外，在本申请实施例中，对于一些曲面采用单个直纹面近似的误差比较大，而采用上下两个直纹面近似的误差比较小的情况，可以利用二次加工将该曲面分别对应的两个直纹面，进而利用两个直纹面的数学模型表示该曲面。具体的，可以由相关技术人员根据需求或是经验等指定某些曲面需要二次加工。

例如，在完成加工矢量直纹面生成后，可以由生成的加工矢量直纹面与原加工面的等距偏移一个刀具偏移量的面构成实体，并用两种显著颜色分别标明多肉少肉部分，并显示各个体中原加工面等距偏移面上点法线方向到实际加工面距离最大的点及距离，作为用户判定加工矢量直纹面是否合格的标准。用户可以手动添加辅助平面、辅助轴线等，对于已生成的加工矢量直纹面可保持加工矢量方向不变，进行延伸交其他面获得新的加工上沿曲线与加工下沿曲线。

可选地，在本申请实施例中，当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数时，所述步骤120进一步可以包括：

子步骤121，对各所述目标直纹面进行排序和刀补偏移。

子步骤122，针对各所述目标直纹面，识别所述目标指纹面的上沿曲线以及下沿曲线。

子步骤123，构建所述上沿曲线的上沿曲线数学模型以及所述下沿曲线的下沿曲线数学模型。

子步骤124，构建对应同一目标直纹面的所述上沿曲线与所述下沿曲线之间的关联函数。

子步骤125，根据对应同一目标直纹面的所述上沿曲线数学模型、所述下沿曲线数学模型、所述关联函数构建所述目标直纹面的数学模型。

需要说明的是，在本申请实施例中，上述的子步骤121也可以与子步骤122同时执行，或者是在子步骤121之后执行，对此本申请实施例不加以限定。

步骤130，根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度。

在本申请实施例中，根据用于对目标工件进行切割的刀具有所不同，那么根据数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度的具体方式可以有所不同。具体的可以根据刀具不同选择不同的方式确定当前加工速度，对此本申请实施例不加以限定。当然，在本申请实施例中，也可以利用同样的方式确定当前加工速度，对此本申请实施例也不加以限定。例如，如果用于进行切割的刀具为磨料水刀，那么则可以利用下面的公式计算磨料水刀的当前加工速度。

其中，u为当前加工速度，h为从前述的目标直纹面的数学模型中获得的工件厚度参数，其他的参数都可以认为是预设加工工艺参数。具体的，fa为磨料参数(abrasivefactor)，nm为可加工性参数(machinability),pw为水压力(waterpressure),do为喷嘴孔径(orificediameter)，ma为磨料流量(abrasiveflowrate),q为质量等级(qualitylevel)，dm为混合管直径(mixingtubediameter)，c为系统常数(systemconstant)，n1至n5均为实验经验值。在本申请实施例中，可以根据需求或者是试验等预先确定n1-n5的具体取值，对此本申请实施例不加以限定。

在本申请实施例中，可以根据需求在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前设定各个预设加工工艺参数的具体取值，对此本申请实施例不加以限定。例如，可以设置质量水平指标的取值范围为1-5，其中1对应的质量水平为最粗糙，5对应的质量水平为最平滑；如果上述的各预设加工工艺参数均为公制单位，则可以设置系统常数为c1；而如果上述的各预设加工工艺参数均为英制单位则可以设置系统常数为c2；等等。其中c1和c2的具体取值都可以根据需求或者是实验等在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前确定，对此本申请实施例不加以限定。而且，其中的质量等级也可以理解为前述的加工质量指标。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤130进一步可以包括：

子步骤131，根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度参数。

子步骤132，根据所述当前加工速度参数确定当前加工速度。

另外，在实际应用中，可能存在用于切割的刀具可取的速度值并不是随机的，而是在多个不同的档位之间进行取值，而且不同的档位对应于不同的加工速度。那么在确定当前加工速度的过程中，需要首先根据数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度参数，进而根据当前加工速度参数确定当前加工速度。其中的当前加工速度参数可以包括档位参数、加工质量等级等等用以表征速度的参数。

而且，在本申请实施例中，数学模型以及预设加工工艺参数与加工速度参数之间的对应关系、加工速度参数可能的取值范围、以及加工速度参数对应的加工速度取值都可以根据需求或者是根据经验在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前进行设定，对此本申请实施例不加以限定。

步骤140，根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

在实际应用中，摆动头对应的各个运动轴的运动步长是预先设置的，其中，同一摆动头对应的各个运动轴的运动步长可以完全相同，也可以不完全相同，而且不同摆动头对应的运动轴可取的运动步长也会有所不同。因此，在本申请实施例中，可以根据需求以及相应的摆动头进行预先设置该摆动头对应的各运动轴的运动步长，对此本申请实施例不加以限定。那么，在本申请实施例中，为了控制当前加工速度，可以控制当前用以进行直纹面加工的摆动头对应的各个运动轴移动一个运动步长所需的运动时间，也可以控制在一定时间周期内的运动步数。因此，在本申请实施例中，对应于当前加工速度的当前的位置、方向、和速度，需要针对当前所用的摆动头，计算当前的摆动头对应的各运动轴的位移、方向、和速度，再根据预先设置的各运动轴的运动步长，计算各运动轴相应的运动步数、运动速度，进而即得到当前待加工的目标直纹面对应的加工路径数据。

需要说明的是，在得到加工路径数据之后，cnc数控系统则可以将加工路径数据打包发送至cnc数控系统的下位机，下位机在接收到加工路径数据之后则可以对加工路径数据进行进一步的插补处理后发送至摆动头的各个运动轴的伺服驱动器或是步进电机；在本申请实施例中，优选地，下位机也可以不进行插补处理，而直接将加工路径数据发送到摆动头的各个运动轴的伺服驱动器或是步进电机。在本申请实施例中，可以获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。由此优化了直纹面加工的加工速度，提高了对“软刀子”加工自然缺陷的控制。

实施例二

详细介绍本发明实施例提供的一种直纹面加工路径生成方法。

参照图2，示出了本发明实施例中一种直纹面加工路径生成方法的步骤流程图。具体可以包括如下步骤：

步骤210，获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤210进一步可以包括：

子步骤211，判断所述目标工件三维图中的各目标加工面是否为满足预设工艺条件的直纹面。

其中的预设工艺条件可以根据需求在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前进行设定，对此本申请实施例不加以限定。例如，预设工艺条件可以包括最大倾角限制等等。例如，预设工艺条件可以包括最大倾斜角度，因为这个倾斜角度受到具体摆动头机构设计的限制或者安全方面的考虑，比如万向摆动头只能切割最大30度锥角的圆锥面，如果工件三维图中的加工面的倾斜角度超过30度，那就不满足预设工艺条件。

子步骤212，如果所述目标加工面不为满足预设工艺条件的直纹面，则根据所述目标加工面生成满足预设工艺条件的直纹面作为所述目标加工面对应的目标直纹面。

具体的，在本申请实施例中，如果目标加工面不为满足预设工艺条件的直纹面，则可以生成把该目标加工面包裹起来并且符合预设工艺条件的直纹面作为该目标加工面对应的目标直纹面。在本申请实施例中可以利用前述的cam软件生成包裹体，当然也可以利用其他任何可用方法或设备针对不为满足预设工艺条件的直纹面的目标直纹面生成包裹体，以将该目标直纹面包裹为满足预设工艺条件的目标直纹面，对此本申请实施例不加以限定。

例如，生成包裹体的方式可以如下：

(1)检查三维图中单个加工面(加工面可以由用户定义，在本申请实施例中，该加工面可以为前述的不满足预设工艺条件的直纹面的目标加工面)对该面做等距偏移一个刀具偏移量，得到待处理面。

(2)检测待处理面法向量最大夹角，对曲面进行分割，保证单个待处理面各点面法向量最大夹角不大于指定角度。

(3)根据待处理面的平均面单位法向量方向将曲面投影至平面a上。其中，平面a的法向量方向为待处理面的平均面单位法向量方向。

(4)对投影图形识别进刀面棱边投影曲线，出刀面棱边投影曲线，加工棱边投影曲线。

(5)优先处理平面a对应内转角的加工棱边投影曲线，将其以最小二乘法拟合成直线，调整至在机床最大摆角范围内，并平移，使其与进刀、出刀面棱边投影曲线交点构成的直线段刚好移至投影图型内。将该直线段作为初始搜索直线段l0，如果预先设定了首末两条初始搜索直线段，则定义它们之间的搜索中心pi规划在图形中轴线上以定长为间隔均匀d分布。

(6)在平面上过搜索中心pi(未定义搜索中心则默认缺省的p0为曲面中心的投影点)以均匀角度间隔作直线段(在机器最大摆角范围内且不与其他搜索直线段相交，端点在进、出刀面投影曲线上)，求过这些直线段作平面a的垂直平面b与曲面的交线，并将这些交线以最小二乘法拟合成直线，其中拟合方差最小且在机器最大摆角范围内的直线s，在平面b上向非工件侧平移直线s使其刚好全部在非工件侧，将此时直线s作为直线si，直线si对应投影平面上的直线段为li。

(7)若未定义pi+1，则以平面直线段li及其中点ci，向平面内li垂直方向同侧推进定长d得到新搜索中心点pi+1。以pi+1作为搜索中心在平面a内保证不与li相交的范围内，以类似步骤(6)的方式在范围内寻找si+1；以此方法直到直线段ln线段长度小于指定值，此时完成l0一侧的搜索，以相同方式对l0另一侧搜索，直至完成整个曲面搜索。

(8)对得到的直线组si根据加工顺序进行排序，插值为直纹面，用进刀面与出刀面截取该直纹面得到直纹面c，在直纹面c上将si对应直母线hi沿其上各点均单位法向量方向向非工件侧平移距离t(刀具偏移量)得到一组新直线段组，对其删减优化得到直线段组ki后插值为直纹面d作为加工矢量面，与进刀面、出刀面交线分别为加工上沿曲线、加工下沿曲线。直母线ki单位方向向量函数为加工矢量函数。

步骤220，根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型。

可选地，在本申请实施例中，所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数；或者所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件。

可选地，在本申请实施例中，所述数学模型还包括加工质量指标；而且，当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件时，所述数学模型还包括所述工件厚度参数。

可选地，在本申请实施例中，当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数以及加工质量指标时，所述步骤220，进一步可以包括：

子步骤221，对各所述目标直纹面进行排序和刀补偏移。

子步骤222，对各所述目标直纹面设置加工质量指标。

为了确定各目标直纹面的加工质量指标，可以根据需求对各目标直纹面设置加工质量指标。具体的，同一目标工件的不同目标直纹面的加工质量指标可以相同，也可以有所不同，对此本申请实施例不加以限定。

子步骤223，针对各所述目标直纹面，识别所述目标直纹面的上沿曲线以及下沿曲线。

子步骤224，构建所述上沿曲线的上沿曲线数学模型以及所述下沿曲线的下沿曲线数学模型。

子步骤225，构建对应同一目标直纹面的所述上沿曲线与所述下沿曲线之间的关联函数。

子步骤226，根据对应同一目标直纹面的所述上沿曲线数学模型、所述下沿曲线数学模型、所述关联函数以及所述直纹面对应的加工质量指标构建所述目标直纹面的数学模型。

步骤230，根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤230进一步可以包括：

子步骤a231，确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度。

在本申请实施例中，在对直纹面进行加工时必须按加工路径顺序进行加工，但是在执行加工之前，确定加工路径时，如果按照加工路径顺序确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度相对而言比较方便，当然也可以不按照加路径顺序确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度，具体的可以根据需求进行预先设置，对此本申请实施例不加以限定。而且其中在加工路径不同处对应的当前空间角度可以互不相同，也可以存在个别处的当前空间角度相同；实际切割厚度亦然，具体的与当前待加工的目标直纹面有关。

可选地，在本申请是实施例中，当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数时，所述子步骤a231进一步可以包括：

a2311，在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点。

在本申请实施例中，可以利用任何可用方法或设备进行插补切分，对此本申请实施例不加以限定。

a2312，根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点。

如前述，关联函数可以表征上沿曲线与下沿曲线上当前点所对应的弧长s1和s2的数学关系，因此在本申请实施例中，在已知上沿曲线或下沿曲线中某一点的位置之后，则可以根据上沿曲线与下沿曲线的关联函数，得到另一曲线中对应的位置点。因此，在已知上沿曲线的第一位置点时，即可以根据关联函数找到下沿曲线中与第一位置点对应的第二位置点。同样的，如果在本申请实施例中是先在加工路径各处对下沿曲线进行插补切分，得到第二位置点，那么则可以根据关联函数找到上沿曲线中与第二位置点对应的第一位置点。

a2313，根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度。

在得到第一位置点以及第二位置点之后，则可以根据第一位置点与第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及第一位置点与第二位置点之间的实际切割厚度。其中的当前空间角度可以包括当前加工矢量与x轴方向之间的夹角、当前加工矢量与y轴方向之间的夹角、当前加工矢量与z轴方向之间的夹角；或者当前空间角度也可以包括当前加工矢量与xz平面夹角和当前加工矢量与yz平面的夹角，等等。当然，在本申请实施例中，也可以利用其他任何可用方式表征当前空间角度，对此本申请实施例不加以限定。

例如，假设第一位置点坐标为(1，1，1)，第二位置点坐标为(1，1，5)，那么其当前空间角度为与x轴正方向的夹角为90°、与y轴正方向的夹角为90°、与z轴正方向的夹角为0°；第一位置点与第二位置点之间的实际切割厚度为4。

可选地，在本申请实施例中，当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件以及所述工件厚度参数时，所述子步骤a231进一步可以包括：根据所述上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件以及工件厚度参数，确定在加工路径各处的所述当前空间角度以及所述实际切割厚度。

如前述，当前加工矢量方向也可以用以表征软刀子在上下沿曲线之间的延伸方向，那么则可以根据上沿曲线数学模型和加工矢量方向限定条件确定当前空间角度；而工件厚度参数则是表征待加工面厚度的参数，那么在本申请实施例中，则可以根据工件厚度参数计算出实际切割厚度，其中工件厚度参数与实际切割厚度之间的对应关系，可以根据需求或者是试验预先设置，对此本申请实施例不加以限定。

子步骤a232，根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度。

当前空间角度与当前加工矢量方向都可以用以表征直纹面加工刀具在上下沿曲线之间的延伸方向。如果当前目标直纹面对应的工件实际切割厚度是均匀的，工件厚度参数同样可以表征待加工的目标工件与当前目标直纹面对应的工件实际切割厚度。因此，在本申请实施例中，可以根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度(即工件实际切割厚度)，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度；或者，根据当前加工矢量方向和所述工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤230进一步可以包括：

子步骤b231，根据当前加工矢量方向和所述工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤230进一步可以包括：

c231，确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度。

c232，根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度。

c233，根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤230进一步可以包括：

d231，根据当前加工矢量方向和工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；

d232，根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。

经步骤c232或者是d231计算得到的第一加工速度为理论上的直线加工速度，但是在实际应用中的加工路径可能存在弯曲的情况，此时为了提高最终得到的加工形状的准确性，可以根据上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。例如，在小圆弧的地方，或者在一个拐角的地方，可以根据拐角大小和圆弧曲率大小对前述的当前加工速度计算公式当中的质量等级q进行调整，从而利用优化后的当前加工速度计算公式获得优化后的当前加工速度。

例如，如果是用水射流在切割一个弧段或者是尖角等等，如果以前述的公式(1)计算得到的加工速度移动刀具，那么其射流后拖量可以通过以下公式计算得到：

l＝cl*hⁿ⁶/q(2)

其中，cl和n6为实验经验参数，在本申请实施例中，可以根据需求或实验等在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前，确定cl和n6的具体取值，对此本申请实施例不加以限定。

例如，对于切割角度变化量为a的尖角，可允许的最大射流后拖量与误差允许范围e相关联，即l＝e/sin(a)。那么可以得到质量等级为：

q＝cl*hⁿ⁶*e/sin(a)(3)

相应地，对于半径为r的弧段，其质量等级为：

q＝cl*hⁿ⁶/((r+e)²-r²)(4)

从上述分析可知，在本申请实施例中，在利用上述方式对当前加工速度进行优化处理的过程中，可以不计算第一加工速度，而可以直接利用优化调整后的质量等级计算得到优化后的当前加工速度，对此本申请也不加以限定。

当然，在本申请实施例中，也可以利用其他任何可用方法对第一加工速度进行优化处理，对此本申请不加以限定。而且，在本申请实施例中，可以在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前根据需求或实验等确定对第一加工速度进行优化处理的指标，对此本申请实施例不加以限定。

步骤240，根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤240进一步可以包括：

子步骤a241，根据所述当前加工速度及加工矢量的当前位置计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度。

子步骤a242，根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。

在实际应用中，可以存在多种不同的五轴联动摆动头设计。例如图2a为一种万向摆动头，图2b为一种v型摆动头。因此，在本申请实施例中，对应于加工矢量当前的位置、方向、和当前加工速度，需要针对不同的摆动头设计，计算具体摆动头中各运动轴的位移、方向、和速度，再根据各运动轴的步长设定，计算各运动轴相应的运动步数、运动速度，进而得到加工路径数据。具体的，针对不同摆动头，运动步数、运动速度等加工路径数据与当前加工速度及加工矢量的当前位置之间的对应关系可以根据需求或经验等在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前进行设定，对此本申请实施例不加以限定。在本申请实施例中，运动步数可以影响切割位置的准确性。运动速度的控制方式可以通过以下两种方式确定：一种是固定运动步长，通过控制两个运动步之间的延时来达到控制运动速度的目标；另外一种是固定运动步长，通过在一定时间周期内发送不同数量的运动步数来实现对运动速度的控制。

可选地，在本申请实施例中，所述步骤240进一步可以包括：

子步骤b241，根据所述当前空间角度、所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度、所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述当前加工速度计算工艺修正参数；所述工艺修正参数包括当前路径修正位置以及当前空间修正角度。

子步骤b242，根据所述当前路径修正位置以及所述当前空间修正角度对所述第一位置点以及所述当前空间角度进行修正。

在实际应用中，用于目标工件加工的磨料水刀的特点可以概括为：高速磨蚀、快速冷却和软刀子。

以磨料水刀为例，高速磨蚀可以理解为，磨料水刀切割时以磨料颗粒高速撞击工件表面产生磨蚀为切削机理，因为任何材料都可以被磨损，所以磨料水刀可以切割任何材料。快速冷却可以理解为，切割时切削热被高速水流迅速带走，不会对工件产生热变形和热损伤。软刀子可以理解为，水刀是把软刀子，其他如激光、等离子等高能束也可以理解为软刀子。一方面，磨料水刀、激光和等离子等其他高能束等等“软刀子”刀具和工件没有刚性接触，切削力小；另一方面，因为是非刚性刀刃，工件上下表面有差异，切缝有锥度误差，射流在切割中弯曲造成转角和小圆弧有裙摆式的形状误差。

如图2c为磨料水刀在切割玻璃时在高速摄影机下呈现出来的射流下沿向后弯曲的事实。如图2d为磨料水刀由于切割速度不同而在工件上产生不同的锥度误差情况。可以看出，随着切割速度越大，锥度误差由发散的(divergent)变化为笔直的(straight)进而变化为收敛的(convergent)。如图2e为磨料水刀由于射流在切割中弯曲造成转角有裙摆式的形状误差情况。如图2f为磨料水刀由于射流在切割中弯曲造成小圆弧处有裙摆式的形状误差情况。

在本申请实施例中，工艺修正参数可以包括以当前路径修正位置以及当前空间修正角度。其中的当前空间修正角度可以用上述提到的射流的弯曲度和切缝锥度进行表征，对此本申请实施例不加以限定。那么，通过调整切割头的加工速度可以在一定程度上改善射流的弯曲度和切缝锥度，更有效的办法是通过调整切割头的角度来消除或大大减小射流的弯曲度和切缝锥度带来的形状误差，因此在本申请实施例中，可以通过改变切割头的角度来补偿射流的弯曲度和切缝锥度。那么首先需要根据数学模型以及预设加工工艺参数，计算与加工质量指标对应的工艺修正参数。另外，在本申请实施例中，工艺修正参数还可包括当前加工速度修正参数、当前加工加速度参数等等。具体的可以根据需求在本步骤之前，或者是本步骤之前的任一步骤之前进行设置，对此本申请实施例不加以限定。而且，工艺修正参数也可以只包含上述的各参数中的任意一种，对此本申请实施例也不加以限定。

在本申请实施例中，可以根据当前空间角度、第一位置点与第二位置点之间的实际切割厚度、目标直纹面对应的加工质量指标以及当前加工速度计算工艺修正参数。其中，射流的弯曲度和切缝锥度可以是加工速度的函数，也可以和当前加工路径的复杂程度(比如曲率、拐角大小)相关，对此本申请实施例不加以限定。

如图2g为一种射流后拖量与切割速度的关系示意图，其中横坐标表示切割速度(cuttingspeed)，单位为毫米每分钟(mm/min)，纵坐标为射流后拖量(cuttinglag)，单位为毫米，t为工件厚度，单位也为毫米。其中，射流后拖量可以理解为在切割中的实际切割轨迹与理想切割轨迹下沿之间的偏差，如图2g中所示的l，在本申请实施例中，可以利用射流后拖量表征射流的弯曲度。

如图2h为一种切缝上下宽度与切割速度的关系示意图。其中的横坐标表示切割速度(traversespeed)，纵坐标表示切缝宽度(widthofcut)，单位为毫米；sus340表示目标工件的材料型号；p表示用于产生“软刀子”的高压泵的压力值，单位为兆帕斯卡(mpa)；dw表示水泵喷嘴内径，单位为毫米；da为磨料喷嘴(又称为喷管/沙管)内径，单位为毫米；garnetsand#80表示磨料名称为筛号80目；m表示磨料流量，单位为千克每分钟(kg/min)；s表示沙管到目标工件之间的距离，单位为毫米；t表示工件厚度；upper表示上表面切缝宽度；lower表示下表面切缝宽度。另外，图2f中的w＝1.34-0.0937log(u)表示箭头所示直线的拟合函数，其中的w即表示切缝宽度，u表示切割速度。在本申请实施例中，在本申请实施例中，可以利用上下切缝宽度之差表征切缝锥度。

在本申请实施例中，由于加工速度的变化，可能导致前述的射流的弯曲度出现变化，切缝上下宽度也出现变化，那么在确定加工数据的时候，可以根据当前空间角度、第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度、目标直纹面对应的加工质量指标以及当前加工速度计算当前路径修正位置以及当前空间修正角度。然后根据当前路径修正位置以及当前空间修正角度对第一位置点以及当前空间角度进行修正。

例如，在某一拐角点，由于加工速度变慢，上表面的切缝因此变宽了0.1毫米，那么加工路径可能要偏移同等距离以补偿切缝宽度的变化；或者在同一点，由于存在一个0.5度的切缝锥度变化，那么可能需要让切割头额外侧向偏摆0.5度以补偿切缝锥度；或者在同一点，由于加工速度变慢，射出点与射入点连线与垂直方向有一个1度的前倾角度变化，可能需要让切割头向后额外偏摆1度以便让射出点与射入点同处一根垂直线上，这样在拐角处就不会产生类似裙摆一样的形状误差。切缝宽度、切缝锥度、以及射流纵向倾角的修正量因加工速度变化而变化，从而保证最大限度地对“软刀子”加工自然缺陷进行控制和补偿。

子步骤b243，根据修正后的第一位置点、修正后的当前空间角度，以及所述当前加工速度计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度。

子步骤b244，根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。

在本申请实施例中，可以获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。由此优化了直纹面加工的加工速度，提高了对“软刀子”加工自然缺陷的控制。

而且，在本申请实施例中，还可以在根据数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度时，在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点；根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点；根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度；根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；或者，根据当前加工矢量方向和工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。从而可以进一步优化直纹面加工的加工速度，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制。

另外，在本申请实施例中，还可以根据所述当前空间角度、所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度、所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述当前加工速度计算工艺修正参数；所述工艺修正参数包括当前路径修正位置以及当前空间修正角度；根据所述当前路径修正位置以及所述当前空间修正角度对所述第一位置点以及所述当前空间角度进行修正；根据修正后的第一位置点、修正后的当前空间角度，以及所述当前加工速度计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度；根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。可以显著降低直纹面加工的误差，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

实施例三

详细介绍本发明实施例提供的一种直纹面加工路径生成装置。

参照图3，示出了本发明实施例中一种直纹面加工路径生成装置的结构示意图。具体可以包括如下模块：

目标直面纹获取模块310，用于获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹。

数学模型生成模块320，用于根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型。

可选地，在本申请实施例中，所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数。

可选地，在本申请实施例中，所述数学模型生成模块320进一步可以包括：

排序刀补偏移子模块，用于对各所述目标直纹面进行排序和刀补偏移。

上下沿曲线识别子模块，用于针对各所述目标直纹面，识别所述目标指纹面的上沿曲线以及下沿曲线。

上下沿曲线构建子模块，用于构建所述上沿曲线的上沿曲线数学模型以及所述下沿曲线的下沿曲线数学模型。

关联函数构建子模块，用于构建对应同一目标直纹面的所述上沿曲线与所述下沿曲线之间的关联函数。

第一数学模型生成子模块，用于根据对应同一目标直纹面的所述上沿曲线数学模型、所述下沿曲线数学模型、所述关联函数构建所述目标直纹面的数学模型。

当前加工速度计算模块330，用于根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述当前加工速度计算模块330，进一步可以包括：

当前加工速度参数确定子模块，用于根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度参数。

当前加工速度确定子模块，用于根据所述当前加工速度参数确定当前加工速度。

加工路径数据获取模块340，用于根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

在本申请实施例中，可以获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。由此优化了直纹面加工的加工速度，提高了对“软刀子”加工自然缺陷的控制。

实施例四

详细介绍本发明实施例提供的一种直纹面加工路径生成装置。

参照图4，示出了本发明实施例中一种直纹面加工路径生成装置的结构示意图。具体可以包括如下模块：

目标直面纹获取模块410，用于获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹。

可选地，在本申请实施例中，所述目标直面纹获取模块410，进一步可以包括：

直纹面判断子模块，用于判断所述目标工件三维图中的各目标加工面是否为满足预设工艺条件的直纹面。

目标直纹面生成子模块，用于如果所述目标加工面不为满足预设工艺条件的直纹面，则根据所述目标加工面生成满足预设工艺条件的直纹面作为所述目标加工面对应的目标直纹面。

数学模型生成模块420，用于根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型。

可选地，当所述数学模型中包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数以及加工质量指标时，所述数学模型生成模块，包括：

排序刀补偏移子模块，用于对各所述目标直纹面进行排序和刀补偏移。

加工质量指标设置子模块，用于对各所述目标直纹面设置加工质量指标；

上下沿曲线识别子模块，用于针对各所述目标直纹面，识别所述目标指纹面的上沿曲线以及下沿曲线。

上下沿曲线构建子模块，用于构建所述上沿曲线的上沿曲线数学模型以及所述下沿曲线的下沿曲线数学模型。

关联函数构建子模块，用于构建对应同一目标直纹面的所述上沿曲线与所述下沿曲线之间的关联函数。

第二数学模型生成子模块，用于根据对应同一目标直纹面的所述上沿曲线数学模型、所述下沿曲线数学模型、所述关联函数以及所述直纹面对应的加工质量指标构建所述目标直纹面的数学模型。

当前加工速度计算模块430，用于根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述当前加工速度计算模块430，进一步可以包括：

角度厚度确定子模块，用于确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度。

可选地，在本申请实施例中，当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数时，所述角度厚度确定子模块，进一步可以包括：

第一位置点确定单元，用于在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点。

第二位置点确定单元，用于根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点。

第一角度厚度计算单元，用于根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度。

可选地，在本申请实施例中，当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件以及所述工件厚度参数时，所述角度厚度确定子模块，进一步可以包括：

第二角度厚度计算单元，用于根据所述上沿曲线数学模型、加工矢量方向限定条件以及工件厚度参数，确定在加工路径各处的所述当前空间角度以及所述实际切割厚度。

第一当前加工速度计算子模块，用于根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述当前加工速度计算模块430，进一步可以包括：

第二当前加工速度计算子模块，用于根据当前加工矢量方向和所述工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述当前加工速度计算模块430，进一步可以包括：

角度厚度确定子模块，用于确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度。

第一加工速度计算子模块，用于根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度。

第三当前加工速度计算子模块，用于根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。

可选地，在本申请实施例中，所述当前加工速度计算模块430，进一步可以包括：

另第一加工速度计算子模块，用于根据当前加工矢量方向和工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度。

第三当前加工速度计算子模块，用于根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。

加工路径数据获取模块440，用于根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

可选地，在本申请实施例中，所述加工路径数据获取模块440，进一步可以包括：

第一运动参数计算子模块，用于根据所述当前加工速度及加工矢量的当前位置计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度。

加工路径数据获取子模块，用于根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。

可选地，在本申请实施例中，所述加工路径数据获取模块440，进一步可以包括：

修正参数计算子模块，用于根据所述当前空间角度、所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度、所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述当前加工速度计算工艺修正参数；所述工艺修正参数包括当前路径修正位置以及当前空间修正角度。

修正子模块，用于根据所述当前路径修正位置以及所述当前空间修正角度对所述第一位置点以及所述当前空间角度进行修正。

第二运动参数计算子模块，用于根据修正后的第一位置点、修正后的当前空间角度，以及所述当前加工速度计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度。

加工路径数据获取子模块，用于根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。

在本申请实施例中，可以获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。由此优化了直纹面加工的加工速度，提高了对“软刀子”加工自然缺陷的控制。

而且，在本申请实施例中，还可以在根据数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度时，在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点；根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点；根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度；根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；或者，根据当前加工矢量方向和工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。从而可以进一步降低直纹面加工的误差，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿。

另外，在本申请实施例中，还可以根据所述当前空间角度、所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度、所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述当前加工速度计算工艺修正参数；所述工艺修正参数包括当前路径修正位置以及当前空间修正角度；根据所述当前路径修正位置以及所述当前空间修正角度对所述第一位置点以及所述当前空间角度进行修正；根据修正后的第一位置点、修正后的当前空间角度，以及所述当前加工速度计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度；根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。同样可以进一步降低直纹面加工的误差，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿。

实施例五

详细介绍本发明实施例提供的一种直纹面加工路径生成设备。

参照图5，示出了本发明实施例中一种直纹面加工路径生成设备的结构示意图。设备500可以包括如下模块：

存储器510，加载有多条可执行指令。

处理器520，执行所述多条可执行指令；所述多条可执行指令包括执行以下步骤的方法：

获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；

根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；

根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；

根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。

在本申请实施例中，可以获取待加工的目标工件三维图中的各目标直面纹；根据各所述目标直面纹，生成各所述目标直面纹的数学模型；根据所述数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度；根据所述当前加工速度计算所述目标直纹面对应的加工路径数据。由此优化了直纹面加工的加工速度，提高了对“软刀子”加工自然缺陷的控制。

而且，在本申请实施例中，还可以根据所述数学模型以及预设加工工艺参数，计算与所述加工质量指标对应的工艺修正参数。并且在根据数学模型以及预设加工工艺参数确定当前加工速度时，在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点；根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点；根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度；根据所述当前空间角度以及所述实际切割厚度，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；或者，根据当前加工矢量方向和工件厚度参数，以及所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述预设加工工艺参数计算得到第一加工速度；根据所述上沿曲线所形成的路径的曲率情况以及预设加工工艺参数对所述第一加工速度进行优化处理，得到当前加工速度。从而可以进一步降低直纹面加工的误差，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿。

另外，在本申请实施例中，还可以根据所述当前空间角度、所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度、所述目标直纹面对应的加工质量指标以及所述当前加工速度计算工艺修正参数；所述工艺修正参数包括当前路径修正位置以及当前空间修正角度；根据所述当前路径修正位置以及所述当前空间修正角度对所述第一位置点以及所述当前空间角度进行修正；根据修正后的第一位置点、修正后的当前空间角度，以及所述当前加工速度计算在五轴联动条件下各运动轴对应的运动步数、运动速度；根据所述各运动轴对应的运动步数、运动速度得到所述加工路径数据。同样可以进一步降低直纹面加工的误差，提高对“软刀子”加工自然缺陷的控制和补偿。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的直纹面加工路径生成设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。