[发明专利]一种三维钻孔的装置及其钻孔方法

权利要求书

1.一种三维钻孔的装置，其特征在于，所述三维钻孔的装置包括：加工单元，控制单元和三维机械手；所述的三维机械手可在三维空间中立体换刀；所述控制单元包括信息输入器、运算器、第一信息输出器和第二信息输出器；所述第一信息输出器与所述加工单元连接，控制加工单元运作；所述第二信息输出器与所述三维机械手连接，控制三维机械手运作。

2.一种如权利要求1所述的三维钻孔的装置，其特征在于：所述的加工单元包括：

工件台，用以承载待加工零件，所述待加工零件待加工以在其上形成各种不同的钻孔；

加工主轴和当前使用刀具，设置在所述工件台一侧，用以加工承载在所述工件台上的待加工零件；

待用刀具，用于待加工零件后续加工；

刀具中心库，用于收容所述待用刀具。

3.如权利要求2所述的三维钻孔的装置，其特征在于，所述工件台上设置的待加工零件具有立方体结构或者圆柱体结构。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的三维钻孔的装置，其特征在于，所述的控制单元包括下述控制方法：

步骤S1：在信息输入器中输入信息；

步骤S2：在运算器内进行计算；

步骤S3：在第一信息输出器输出信号至加工单元；

步骤S4：同时，第二信息输出器输出信号至三维机械手。

5.如权利要求4所述的三维钻孔的装置，其特征在于，所述步骤S1中输入的信息包括待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息及加工单元的信息；所述待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息包括钻孔的位置、钻孔数量和钻孔规格；所述加工单元的信息包括采用基于三维加工、主要的加工面以及工件台和加工主轴的自由度、运动速度、精度。

6.如权利要求4所述的三维钻孔的装置，其特征在于，所述的步骤S2还包括下述步骤：

步骤S21：选择钻孔路径的优化方式；

步骤S22：根据选择的优化方式进行算法计算和程序计算；

步骤S23：重复步骤S21和步骤S22得出每个优化方式下的结果；

步骤S24：比较并选择结果。

7.如权利要求6所述的三维钻的装置，其特征在于，所述步骤S21中钻孔路径的优化方式有：单一规格的钻孔加工优化、局部混合优化，以及全局混合优化。

8.如权利要求7所述的三维钻孔的装置，其特征在于，所述全局混合优化钻孔路径，针对同一孔径但是不同钻孔角度的孔，在算法统一规划；针对不同孔径规格采用刀具交换的混合进行规划。

9.如权利要求6所述的三维钻孔方法，其特征在于，在算法处理上，为满足约束条件，增加惩罚函数来控制。

10.如权利要求9所述的三维钻孔方法，其特征在于，所述惩罚函数的设置是根据加工单元换刀具的效率来确定，待设定参数为换刀具的效率和工件台的平均运动速度。

11.如权利要求6、7、8、9、10任一权利要求所述的三维钻孔方式，其特征在于，所述算法计算为基于旅行商TSP算法，计算规划最短的加工路径。

12.如权利要求6、7、8、9、10任一权利要求所述的三维钻孔方式，其特征在于，所述程序计算设置并考虑换刀的效率成本作为一种约束条件，在工件台运动和主轴运动之间达到效率的平衡和匹配。