应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法、装置、终端及计算机可读存储介质与流程

本发明属于数控加工技术领域，具体地来说，是一种应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法、装置、终端及计算机可读存储介质。

背景技术：

石墨材料的曲面加工，一般需要借助球刀实现。加工过程中，球刀与石墨材料的表面发生点接触，通过刀刃的高速旋转而实现材料切削去除。随着加工进行，球刀会发生磨损，对曲面加工精度造成负面影响。

目前，对于石墨曲面加工中的球刀补偿研究尚不充分，通常采用更换刀具的方式，使刀具保持于理想的表面状态而保证加工精度。刀具更换费时费力，更换后需要重新校准调节，且换刀前后的刀刃位置存在不可消除的定位偏差，使待加工曲面发生不连续，加工精度难以保证。同时，球刀价格昂贵，频繁更换刀具使加工成本居高不下。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法、装置、终端及计算机可读存储介质，基于加工设备特性对刀具进行同步补偿，近似消除刀具磨损误差而保证曲面加工精度，并延长刀具使用寿命而降低刀具成本。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法，包括：

获取目标中心点、第一参考点及第二参考点，并建立经过前述三者的参考平面，所述目标中心点为球刀经过待补偿加工点时的中心位置，所述第一参考点与所述第二参考点为相邻加工路径上最接近所述目标中心点的球刀中心位置，所述相邻加工路径与所述目标中心点所在加工路径保持相邻；

确定所述参考平面的法向量、所述法向量与所述球刀的切削面之交点，求取所述交点与加工起点之间的路径行程；

根据所述路径行程及所述法向量确定所述球刀的补偿值。

作为上述技术方案的改进，“根据所述路径行程及所述法向量确定所述球刀的补偿值”包括：

确定所需补偿的机床进给轴及获取一次加工中所述机床进给轴的总加工路径；

获取统计得到的所述球刀经过所述总加工路径后的磨损总值、所述机床进给轴的最小进给量，计算所述磨损总值与所述最小进给量的比值以确定补偿响应次数；

计算所述总加工路径与所述补偿响应次数的比值以确定补偿步距，判断所述路径行程与所述补偿步距的比值是否为一自然数或趋近于一自然数，若是则以所述最小进给量为所述机床进给轴的补偿值，否则不予补偿。

作为上述技术方案的进一步改进，“确定所需补偿的机床进给轴”包括：

求取所述法向量与铅垂轴的夹角值；

若所述夹角值不大于第一阈值，则所需补偿的机床进给轴为z轴；

若所述夹角值大于第一阈值而不大于第二阈值，则所需补偿的机床进给轴为x轴、y轴与z轴；

若所述夹角值大于第三阈值，则所需补偿的机床进给轴为x轴与y轴；

x轴与y轴为相互垂直的水平进给轴，z轴为铅垂进给轴。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一阈值为30°。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二阈值为60°。

一种应用于石磨曲面加工的球刀补偿装置，包括：

平面建立模块，用于获取目标中心点、第一参考点及第二参考点，并建立经过前述三者的参考平面，所述目标中心点为球刀经过待补偿加工点时的中心位置，所述第一参考点与所述第二参考点为相邻加工路径上最接近所述目标中心点的球刀中心位置，所述相邻加工路径与所述目标中心点所在加工路径保持相邻；

补偿定点模块，用于确定所述参考平面的法向量、所述法向量与所述球刀的切削面之交点，求取所述交点与加工起点之间的路径行程；

数值确定模块，用于根据所述路径行程及所述法向量确定所述球刀的补偿值。

作为上述技术方案的改进，所述数值确定模块包括：

补偿轴确定子模块，用于确定所需补偿的机床进给轴；

路径获取子模块，获取一次加工中所述机床进给轴的总加工路径；

响应确定子模块，获取统计得到的所述球刀经过所述总加工路径后的磨损总值、所述机床进给轴的最小进给量，计算所述磨损总值与所述最小进给量的比值以确定补偿响应次数；

补偿计算子模块，计算所述总加工路径与所述补偿响应次数的比值以确定补偿步距，判断所述路径行程与所述补偿步距的比值是否为一自然数或趋近于一自然数，若是则以所述最小进给量为所述机床进给轴的补偿值，否则不予补偿。

作为上述技术方案的进一步改进，所述补偿轴确定子模块包括：

夹角求取子单元，用于求取所述法向量与铅垂轴的夹角值；

判断确定子单元，用于根据所述夹角值确定所需补偿的机床进给轴：若所述夹角值不大于第一阈值，则所需补偿的机床进给轴为z轴；若所述夹角值大于第一阈值而不大于第二阈值，则所需补偿的机床进给轴为x轴、y轴与z轴；若所述夹角值大于第三阈值，则所需补偿的机床进给轴为x轴与y轴；x轴与y轴为相互垂直的水平进给轴，z轴为铅垂进给轴。

一种终端，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以使所述终端实现以上任一项所述的应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法。

一种计算机可读存储介质，其存储有所述终端所执行的所述计算机程序。

本发明的有益效果是：

获取目标中心点、第一参考点及第二参考点并建立经过前述三者的参考平面，进而确定所述参考平面的法向量、所述法向量与所述球刀的切削面之交点并求取所述交点与加工起点之间的路径行程，最后根据所述路径行程及所述法向量确定所述球刀的补偿值，实现刀具补偿量的快速求取，基于加工设备特性实现对刀具进行同步补偿，近似消除刀具磨损误差而保证曲面加工精度，并延长刀具使用寿命而降低刀具成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是球刀加工石墨产品曲面的状态示意图；

图2是本发明实施例1提供的应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法的流程示意图；

图3是本发明实施例1提供的应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法的步骤c的流程示意图；

图4是本发明实施例1提供的应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法的步骤c1的流程示意图；

图5是本发明实施例2提供的应用于石磨曲面加工的球刀补偿装置的结构示意图；

图6是本发明实施例2提供的应用于石磨曲面加工的球刀补偿装置的数值确定模块的结构示意图；

图7是本发明实施例2提供的应用于石磨曲面加工的球刀补偿装置的补偿轴确定子模块的结构示意图；

图8是本发明实施例3提供的终端的结构示意图。

主要元件符号说明：

110-平面建立模块，120-补偿定点模块，130-数值确定模块，131-补偿轴确定子模块，131a-夹角求取子单元，131b-判断确定子单元，132-路径获取子模块，133-响应确定子模块，134-补偿计算子模块，200-终端，210-存储器，220-处理器，230-输入单元，240-显示单元。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法进行更全面的描述。附图中给出了应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法的优选实施例。但是，应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～2，本实施例提供一种应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法，该方法包括以下步骤：

步骤a：获取目标中心点、第一参考点及第二参考点，并建立经过前述三者的参考平面。其中，所述目标中心点为球刀经过待补偿加工点时的中心位置，所述第一参考点与所述第二参考点为相邻加工路径上最接近所述目标中心点的球刀中心位置，所述相邻加工路径与所述目标中心点所在加工路径保持相邻。所谓球刀中心位置，是指球刀的球面刀刃的球心位置。

对石墨材料进行曲面加工时，球刀沿一加工路径自所述石墨材料的一侧运动至另一侧，随即沿相邻的另一加工路径返回至前一侧，如此往复形成多个相邻的加工路径。

可以理解，目标中心点为当前需要补偿的加工点。目标中心点与第一参考点位于相邻而不同的加工路径上，目标中心点与第二参考点亦位于相邻而不同的加工路径上；而第一参考点与第二参考点可位于同一加工路径上，亦可位于分居目标中心点所在加工路径两侧的不同的加工路径上。

可以理解，基于机床进给轴的最小进给量，机床进给轴存在最小步距，使各加工点为离散点。目标中心点、第一参考点与第二参考点即为基于机床进给轴的步距的离散点，且第一参考点与第二参考点位于目标中心点周围、且距离目标中心点最近，使得参考平面趋于最小。

步骤b：确定所述参考平面的法向量、所述法向量与所述球刀的切削面之交点，求取所述交点与加工起点之间的路径行程。

可以理解，法向量与参考平面垂直。法向量与球刀的切削球面的交点，视为球刀对产品的切削点，即该交点位于产品表面。于该切削点，球刀与产品保持相切。由于加工起点亦位于产品表面，根据产品的曲面形状即可快速获取路径行程。

步骤c：根据所述路径行程及所述法向量确定所述球刀的补偿值。球刀于切削过程中，可视为随行程增加而同步线性磨损。基于路径行程，即可得到球刀的磨损量。进而，根据法向量即可获知沿各机床进给轴方向的磨损量及所处的加工状态，根据该磨损量即可计算得到补偿量，并将各补偿量对应补入各机床进给轴的当前进给量中，从而实现补偿目的。

请参阅图3，示范性地，步骤c包括以下步骤：

步骤c1：确定所需补偿的机床进给轴及获取一次加工中所述机床进给轴的总加工路径。所谓总加工路径，是指完成一件产品的曲面加工后，机床进给轴经过的轨迹长度之和。

步骤c2：获取统计得到的所述球刀经过所述总加工路径后的磨损总值、所述机床进给轴的最小进给量，计算所述磨损总值与所述最小进给量的比值以确定补偿响应次数。机床进给轴的最小进给量取决于机床的加工精度，属于机床进给轴每次进给的最小单位。

步骤c3：计算所述总加工路径与所述补偿响应次数的比值以确定补偿步距，判断所述路径行程与所述补偿步距的比值是否为一自然数或趋近于一自然数，若是则以所述最小进给量为所述机床进给轴的补偿值，否则不予补偿。

可以理解，基于机床进给轴的最小进给量之限制，当且仅当磨损量达到或超过一个最小进给量时，才能使机床进给轴执行进给补偿。若所述路径行程与所述补偿步距的比值为一自然数或趋近于一自然数，表明球刀的磨损量已达到一个最小进给量，则由机床进给轴进给一个最小进给量而执行补偿。否则表明球刀的磨损量尚未达到可补偿之阈值要求，机床不进行进给补偿。

请参阅图4，示范性地，所需补偿的机床进给轴通过以下步骤确定：

步骤c11：求取所述法向量与铅垂轴的夹角值。可以理解，该夹角值范围为0～90°。

步骤c12：执行判断动作如下：

若所述夹角值不大于第一阈值，则表明球刀当前所加工的曲面趋于水平平缓延伸的平缓区，主要执行沿铅垂方向的进给，所需补偿的机床进给轴为z轴；

若所述夹角值大于第三阈值，则表明球刀当前所加工的曲面较为陡峭而形成陡峭区，主要执行沿水平方向的进给，所需补偿的机床进给轴为x轴与y轴；

若所述夹角值大于第一阈值而不大于第二阈值，则表明当前球刀所加工的曲面处于平缓区与陡峭区之间的过渡区，主要执行倾斜混合进给，所需补偿的机床进给轴为x轴、y轴与z轴。

其中，x轴与y轴为相互垂直的水平进给轴，z轴为铅垂进给轴。

第一阈值与第二阈值的数值根据统计分析得到。示范性地，第一阈值为30°。示范性地，第二阈值为60°。

实施例2

请参阅图5，本实施例提供一种应用于石磨曲面加工的球刀补偿装置，该装置包括：

平面建立模块110，用于获取目标中心点、第一参考点及第二参考点，并建立经过前述三者的参考平面，所述目标中心点为球刀经过待补偿加工点时的中心位置，所述第一参考点与所述第二参考点为相邻加工路径上最接近所述目标中心点的球刀中心位置，所述相邻加工路径与所述目标中心点所在加工路径保持相邻；

补偿定点模块120，用于确定所述参考平面的法向量、所述法向量与所述球刀的切削面之交点，求取所述交点与加工起点之间的路径行程；

数值确定模块130，用于根据所述路径行程及所述法向量确定所述球刀的补偿值。

请参阅图6，示范性地，所述数值确定模块130包括：

补偿轴确定子模块131，用于确定所需补偿的机床进给轴；

路径获取子模块132，获取一次加工中所述机床进给轴的总加工路径；

响应确定子模块133，获取统计得到的所述球刀经过所述总加工路径后的磨损总值、所述机床进给轴的最小进给量，计算所述磨损总值与所述最小进给量的比值以确定补偿响应次数；

补偿计算子模块134，计算所述总加工路径与所述补偿响应次数的比值以确定补偿步距，判断所述路径行程与所述补偿步距的比值是否为一自然数或趋近于一自然数，若是则以所述最小进给量为所述机床进给轴的补偿值，否则不予补偿。

请参阅图7，示范性地，所述补偿轴确定子模块131包括：

夹角求取子单元131a，用于求取所述法向量与铅垂轴的夹角值；

判断确定子单元131b，用于根据所述夹角值确定所需补偿的机床进给轴：

若所述夹角值不大于第一阈值，则所需补偿的机床进给轴为z轴；若所述夹角值大于第一阈值而不大于第二阈值，则所需补偿的机床进给轴为x轴、y轴与z轴；若所述夹角值大于第三阈值，则所需补偿的机床进给轴为x轴与y轴；x轴与y轴为相互垂直的水平进给轴，z轴为铅垂进给轴。

实施例3

请参阅图8，本实施例提供一种终端200，该终端200包括存储器210以及处理器220，存储器210用于存储计算机程序，处理器220执行计算机程序以使终端200实现以上所述的应用于石磨曲面加工的球刀补偿方法。

其中，终端200包括不具备移动通信能力的终端设备(比如计算机、服务器等)，亦包括移动终端(比如智能电话、平板电脑、车载电脑、智能穿戴设备等)。

存储器210可包括存储程序区和存储数据区。其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据终端200的使用所创建的数据(比如音频数据、备份文件等)等。此外，存储器210可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器(例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件)。

优选地，终端200还包括输入单元230与显示单元240。其中，输入单元230用于接收用户输入的各项指令或参数(包括预设滚动方式、预设时间间隔与预设滚动次数)，包括鼠标、键盘、触控面板及其他输入设备。显示单元240用于显示终端200的各种输出信息(包括网页页面、参数配置界面等)，包括显示面板。

在此一并提供一种计算机可读存储介质，其存储有终端所执行的所述计算机程序。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。