微棱镜反光模具cam系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机软件领域，用于超精密加工中微棱镜反光材料原始模具制造的CAM系统。
【背景技术】
[0002]微棱镜作为逆反射材料，可将入射光反射回光源，由于其节能环保的优点，广泛应用于交通安全指示牌、工程路面标识、服饰等领域。
[0003]不同反光单元几何结构的微棱镜得到的逆反射效率会有不同，常见的反光单元的几何结构大概有V型槽，立方角，三棱锥等。反光单元再进行阵列、拼装得到微棱镜。
[0004]微棱镜原始模具主要使用超精密加工仪器金刚石车床来进行，车床的数控程序编写过程较为繁琐，正确性亦难于评估。单次加工过程中，微棱镜的几何特性、阵列个数、阵列方向、金刚石车床加工参数等都必须进行准确记录，内容较多且复杂，难于积累保存，不利于工艺的长期发展。同时，机床加工的时间和模具精度要求是微棱镜原始模具的最直接成本。模拟刀路、得到成品预览图之后，去除不必要的加工区域，根据需求确认精度级别再进行加工可以提高效率、降低成本。
[0005]作为纳米级的超精密加工产品，微棱镜原始模具的误差分析也较为困难，多数情况采用显微镜扫描其模具表面或通过肉眼观察，结果难于定量评估。
[0006]目前市面上微棱镜原始模具制作工艺在国外较成熟，集中在美国和日本，国内规模较小，技术也相对薄弱。同时，市面上流行的CAM系统亦难于直接应用于金刚石车床的微棱镜加工工艺，单次加工需要耗费较长的数据准备和调试机床时间。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，设计开发一种专门针对微棱镜反光材料原始模具的CAM系统。通过本发明，可快速生成微棱镜原始模具数控程序文件，方便的进行模拟分析，工艺技术得到了有效的积累与保存。该系统高度自由化，可自定义微棱镜类型，微棱镜加工精度，机床各项加工参数等；系统根据参数分析得出加工结果、三维预览图；模板功能可推荐最优或最快加工方式；用户根据模拟结果即时调整参数以进一步满足需求;本系统具备误差分析功能，导入微棱镜原始模具的测量数值，设定好其匹配参数之后，可得到误差分析结果。
[0008]本发明所涉及的微棱镜反光材料原始模具CAM系统，包括输入模块、分析模块、输出模块。
[0009]所述参数输入模块，用于确定微棱镜加工所需要的一切参数数值。微棱锥加工参数繁多，设置过程较为繁琐。下面说明参数设置过程:
[0010]步骤1:输入本次加工的时间，作者，目的，环境温度，模具材料，误差要求等概述性记录。环境条件，如温度，湿度等，对于加工结果影响较大，每次加工应准确记录。
[0011]步骤2:确定微棱锥类型。系统提供了3种常用的类型:V棱锥型，四棱锥型，三棱锥型；其中，四棱锥和三棱锥需要确定加工转角角度，系统默认四棱锥的2个转角角度为0°、90°，三棱锥的3个转角角度为0°、60°、120°。更一般的情况下，用户可自定义四棱锥和三棱锥的加工夹角。
[0012]步骤3:指定反光单元中相邻两个棱锥之间的夹角和高度数值，即金刚石车床刀尖角度α和切深深度h。在四棱锥和三棱锥加工中，倘若转角交合之后不相等，则四棱锥需要2套不同的α和h，三棱锥需要3套α和h。
[0013]步骤4:指定反光单元在XOY平面上的阵列个数。此阵列个数若不指定，则系统默认布满整个加工工件，只留边缘少量空白区域。
[0014]步骤5:到步骤4为止，系统已经可以在三维模拟图中预览出微棱镜形态，但周围还存在一些冗余的未交合到的区域，为了节约加工成本，这些冗余区域可以删除。系统需要确定原始工件的形状和尺寸以便满足最优加工效果，必要时可能还需要重新修改步骤4中的数值。原始工件的形状一般为矩形和圆形，用户必须给出矩形的长与宽a，b、或圆形的半径
Γο
[0015]为了保证金刚石车床加工安全，步骤4中设置的阵列个数不宜超过原始工件可以容纳的范围，通常情况下，原始工件的边缘须留有一定空白区域。倘若过大，系统将会给出错误提示，要求用户重新设置。
[0016]步骤6:确定车床的加工参数:包括加工方式、车削次数、车削深度、五轴加工速度、方向、转角指令、退刀指令、附加指令等数控参数。
[0017]以上为新建参数文件并逐步设置参数的过程，系统还可直接打开由本系统定义好的seg参数文件，segt模板文件，免去复杂的参数设置过程，用户可在此基础上进行修改。
[0018]系统在输入模块中提供了快速定义功能。用户只需要确定最基础的微棱镜参数，如高度、精度要求和期望加工时间，系统会自动生成一种或几种参数模板并提供模拟分析结果以供用户选择。
[0019]所述分析模块由系统后台计算完成，包括以下功能:参数模拟分析、测量误差分析。
[0020]所述参数模拟分析，用于模拟微棱镜加工结果，提供微棱镜三维预览图。系统根据上述步骤中定义好的参数，首先进行完整性和合理性检测。若合理性检测失败，系统将给出错误提示，并建议修正值。检测通过后，系统将给出加工路径、预估加工时间、计算表面粗糙度，并在三维视图界面显示微棱镜三维预览图。用户可根据模拟的结果(路径，加工时间)再次调整各项参数值，直到模拟结果满意为止。
[0021]所述测量误差分析功能，用于对比分析实际加工结果和设计结果之间的误差。将测量仪器测得的微棱镜表面数据导入到系统中，同时选择此微棱镜对应的参数定义，系统自动对坐标进行吻合平移并分析误差，得到实际棱锥夹角值、实际高度值、误差平均值，同时将原始曲线、测量曲线、误差曲线均显示在图形窗口中。
[0022]所述输出模块，用于将定义好的参数导出为点数据文件(*.csv)、数控文件(*.11(3)、参数文件(*.868)、模板文件(*.8681:)。点数据文件(*.08￥)记录了金刚石车床刀路经过的所有三维或二维坐标点，可提供给第三方CAD程序做一些更深入的逆向分析，提高本系统的移植性与兼容性;数控文件(*.nc)提供给金刚石车床直接加工成微棱镜原始模具，同时一些概述和说明信息会记录在数控文件的说明部分;参数文件(*.seg)记录了本次微棱锥加工的所有参数;模板文件(*.segt)保存部分参数，与参数文件相比更具有通用性。这几种类型的文件通过分析模块可方便的进行调整修改。参数文件.seg)和模板文件(*.segt)只能由本CAM系统打开和编辑。
[0023]输出模块的功能还包括将上述各类文件格式互转。其中，由于点数据文件只记录了刀路划过的坐标点，在与nc数控文件或seg参数文件的转换过程中，会出现部分信息的丢失或要求补充，转换过程系统将给予提示。
【附图说明】
[0024]图1为本系统整体框架结构；
[0025]图2为3个转角方向下加工模拟图；
[0026]图3为3个转角方向下的阵列图；
[0027]图4为确定基底形状大小后的最终加工图；
[0028]图5为三棱锥微棱镜三维模拟图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图及【具体实施方式】详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容;通过以下实施例，本领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
[0030]实施例一
[0031 ]本实施例生成一个三棱锥为反射单元的微棱镜数控文件。
[0032]第一步:输入加工概述。时间:2015.12.01;环境温度:20°C ；环境湿度:55 % ;模具材料:铝;精度要求:1ym;误差要求:〈Ιμπι;
[0033]第二步:定义微棱镜3个转角方向角度分别为0°，60°，120°，这3个转角方向下反射单元之间的角度为70.5°，三棱锥顶点到底面的高度为60μπι。如图2所示的加工模拟图。
[0034]第三步:定义机床加工参数，切削深度分别为10μπι，30μπι，50μπι，60μπι。每个转动方向下阵列个数均为214，￥，2三轴加工速度?600，？600，？20，2轴退刀距离为0.5011。如图3所示阵列过后的加工模拟图。
[0035]第四步:设置工件基底形状为矩形，大小为1500μπι*1000μπι，只保留3个转角方向下中间交合的部分，将四周冗余部分去掉。如图4所示。
[0036]第五步:根据最终三维模拟效果图(图5)和加工时间确定结果是否满意。如满意，则可选择将其导出数控文件输入到金刚石车床加工，亦可选择保存为新加工模板以便下次使用;如不满意，可重新调整步骤二到步骤四中定义的各项参数值直到满意为止。
[0037]第六步:在软件系统中点击“导出”按钮，将本次的结果导出为NC数控文件。金刚石车床读取此数控文件可加工出本系统模拟出的三棱锥微棱镜原始模具。
【主权项】
1.一种微棱镜反光模具CAM系统，包括输入模块、模拟分析模块和输出模块:其特征在于: 所述输入模块，用于记录和搜集微棱镜实体参数信息、机床加工信息； 输入模块新建seg参数文件、segt模板文件，按照步骤确定所需的所有参数信息；或打开txt，csv点数据文件、nc数控文件、seg参数文件、segt模板文件读取参数;其中seg参数文件、segt模板文件格式仅可由本系统打开或编辑； 输入模块还包括一个快速定义参数功能，用户只需输入最基本的精度需求，系统即可生成数种参数模板以供选择； 所述模拟分析模块，首先判断上述输入模块中参数的合理性，若不合格系统将建议修正值;合理性判断通过后，系统将预估机床加工时间、计算表面粗糙度、模拟刀路图、微棱镜三维图预览等;分析模块还包括测量误差分析，用户导入微棱镜的仪器测量数据与之前定义理想微棱镜参数做对比，可得到误差分析结果； 所述输出模块，用于将输入参数输出为数控文件以供金刚石车床加工微棱镜；或保存为参数文件、参数模板;还可导出为三维点数据文件，三维模拟图预览图像文件(jpg)，同时，针对不同类型的文件、数据格式，本系统可以互相进行转换。
【专利摘要】本发明公开了一种微棱镜反光模具CAM系统，系统采用嵌套模块化设计，包括参数输入模块、加工分析模块、结果输出模块。该系统可自由定义模具类型、模具基底形状、棱锥几何参数、机床加工方式、机床加工参数等，进而根据定义数据进行分析，并提供模拟结果展示。系统根据上述自定义的诸项参数综合判断其合理性并给出最优或最快的加工方式，并预估加工时间，模拟最终加工预览图；最终结果可导出数控文件提供给金刚石车床加工微棱镜原始模具。本系统精度误差控制在纳米级以下，超精密金刚石车床读取其生成的数控代码可加工出优质的超精密微棱镜反光原始模具。
【IPC分类】G05B19/404, G05B19/4097, G06F9/44
【公开号】CN105549538
【申请号】CN201510909683
【发明人】熊欣, 张为国, 朱国栋, 刘风雷, 夏良平, 杜春雷
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月9日