[发明专利]应用3D数字模型闭环控制水铣刀的雕刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及复杂异型零件的加工方法，尤其是涉及一种应用3D数字模型闭环控制水铣刀的雕刻方法。

背景技术

目前，现有的3D打印技术仅仅只能使用单一热塑材料打印出模型，不能直接打印实际应用的工件。受限于加工材料，且为开环控制，3D打印不能检测打印效果，只能依靠人工目测。

实用复杂异型工件的加工根据各类材料的不同物理、化学性能，采用相应的物理化学的加工手段，如：1、木材、石材等较软的材料采用金工铣刀或是磨头加工；2、石玉材料艺术品的雕刻目前还主要依靠人工雕凿手段辅助以手持电动工具，不但成型效果差、效率低、废品率高、人工成本高、人为因素多、制作周期长、费时费力、粉尘污染严重，而且无法完整进行高标准的复制加工；3、高硬度的钢模一般采用电火花电蚀法加工，电蚀法虽然具有雕刻精度高、自动化程度高的优点，但也存在电蚀量有限、难以大型化、耗电大、制作效率低、成本高、会排放有毒的废水和粉尘、环保性差的缺点。

而高标准的复杂异型零件的不规则部分加工则主要依靠人工和部分精密数控机床多道加工工序来完成，且只能做到开环控制，精密数控机床工序多且要换多种刀具，有些不规则异形面还是不能加工，需借助人工打磨。以上人工加工部分都受限于工人的技术水平，成品率得不到保证，效率低下、劳动强度成本均高。数控机床加工部分均为开环控制，设备无法检测工件的成形效果，依然需要人工监视辅助。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能准确快速、万能地制作复杂异型工件、为模具生产、工艺雕刻节约大量的人力和材料、安全环保、不产生废水、粉尘、烟等环境污染物、安全性好、可靠性高、成本低的应用3D数字模型闭环控制水铣刀的雕刻方法，该雕刻方法通过3D扫描反馈和电脑的快速反复比较，实现智能雕刻机器人的功能。

本发明的目的是这样实现的：

一种应用3D数字模型闭环控制水铣刀的雕刻方法，特征是：包括一台水刀、一台机械手、一台3D扫描仪和一台上位电脑，上位电脑控制水刀、机械手、3D扫描仪工作，具体步骤如下：

A、在上位电脑中建立成品的3D数字模型，确定待加工的材料；

B、把待加工的材料定位紧固在底座上，3D扫描仪在上位电脑的控制下对待加工的材料进行3D扫描，并把待加工的材料的3D数据保存至上位电脑的数据库中，由上位电脑将待加工的材料的3D数据的和产品的3D数字模型进行比对；

C、根据材料性质：金属/非金属的性质和3D数字模型的外形确定走刀的加工方案；

D、为了防止水刀的飞溅伤人，设置安全围挡和红外传感器，以保证人员安全；然后启动水刀的高压水泵，待水流正常后，机械手拿着水刀对待加工的材料进行加工，3D扫描仪随时对加工的进程进行检测反馈，确保加工量到位不过位；

走刀过程分3个阶段:

（1）、外廓包络面加工：根据待加工的材料的外形和产品的3D数字模型的外廓包络面，保留1-5毫米余量尺寸进行初加工，用0.76mm的水刀头加沙进行切割加工；

（2）、粗雕：根据产品的3D数字模型的外廓包络面，用1.14mm的水刀头加沙对初加工所保留的1-5毫米余量尺寸进行铣磨加工，清洗掉1-5毫米余量，通过粗雕加工出产品的外廓包络面；

（3）、精雕：根据产品的3D数字模型的最终数据，确定细节部分的雕刻顺序，用0.08mm的水刀头不加沙进行打磨加工；所述顺序为：根据先粗后细、先上后下、先高后低的原则，目的是照顾水流走向；

E、撤除安全围挡，产品撤场，得到成品。

本发明首先采用上位电脑中的CAD软件建立产品的3D数字模型，再控制水刀实现铣刀功能，对待加工的材料进行雕刻加工，应用3D扫描仪检测加工进度和效果，根据3D扫描仪检测的数据反馈控制水刀的速度和走向。本发明能准确地把3D数学模型高效率的加工出来，并且安全环保，不产生废水、粉尘、烟等环境污染物。

本发明将3D数字建模技术、3D扫描技术、水刀的切割技术、机械手的控制技术有机地融合为一体，应用于金属和非金属的雕刻加工中。本发明的特点是：对水刀的控制以达到铣刀的加工效果，根据3D扫描仪测量反馈的信号控制水刀，精细化的应用使水刀成为一把铣刀，以达到其他手段达不到的效果。

本发明可以有效地解决了目前雕刻加工中产生的废水、粉尘、成型效果差效率低、废品率高、人工成本高、人为因素多等一系列的问题，近乎是复杂异型加工工程最完美的解决方法，也是3D打印技术的进步和发展。