[发明专利]一种基于CAD建模的模具切削加工轨迹计算方法

摘要

本发明公开了一种基于CAD建模的模具切削加工轨迹计算方法，具体包括以下四个步骤：(1)校准切削系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致：对应设备吸盘上的工件与系统中导入的CAD模型坐标校核一致；(2)通过计算待加工工件的CAD设计模型中的目标曲线上各点在实体模具加工坐标系内是否共线，来判定目标曲线是否可以在实体模具上进行准确加工；(3)确定刀具的切削轨迹；(4)确定刀具在待加工工件上的切入点。采用本切削方法而制成的设备，可以替代五轴加工中心、雕刻机以及手工切割设备进行模具切削；本发明可以说是综合了现有技术中各设备的优点而存在的；整个设备成本低、加工效率高、加工的实体工件表面开槽质量优。

主权项

1.一种基于CAD建模的模具切削加工轨迹计算方法，包括待加工工件吸盘、垂直于工件吸盘的圆锯片；圆锯片垂直切入工件吸盘上的待加工件，在待加工工件上开槽；其特征在于：具体包括如下步骤：(1)校准切削系统中的设计模型与机械设备中的待加工工件一致，包括如下步骤：1.1设定工件吸盘的中心点为加工坐标原点(0,0,0)，工件吸盘所在面为加工XY平面，垂直于XY平面即圆锯片所在平面为加工Z轴；1.2在吸盘上设置有L型定位支架，待加工工件由吸盘吸住、通过L型定位支架限位；其中L型定位支架两垂直边分别与X轴、Y轴方向平行，平行于Y轴的边与吸盘中心点的有向距离为WL，简称该边为竖边，平行于X轴的边与吸盘中心点的有向距离为HL，简称该边为横边；1.3将相应的待加工工件的CAD设计模型导入切削加工系统中，在加工系统的坐标系中绘制平行于XY平面的L型参考线，其两边距离坐标原点距离分别为WL和HL；1.4计算导入模型的凸包，记为多边形P＝p0p1…pn，其中pi，i＝0，…，n，且在XY平面内，点pi，i＝0，…，n为逆时针方向的；1.5用户通过系统交互指定凸包的一条边与L支架的竖边校准，具体步骤如下：a)计算导入的待加工工件的CAD设计模型的修正角度：假定用户指定的边为pipi+1，该边与X轴正向所成角度为α，那么修正角度θ为b)对于模型中的任一点p＝(x，y，z)，经过修正后的点为p′＝(x′，y′，z′)，满足c)凸包经过变换后为P′＝p′0p′1…p′n，记Δx＝wL‑x′i，令d)将系统中的模型在XY平面内进行平移，即对于任一点p＝(x，y，z)，其偏移后的坐标为p″＝(x+WL，y+HL，z)；(2)通过计算待加工工件的CAD设计模型中的目标曲线上各点在实体模具加工坐标系内是否共线，来判定目标曲线是否可以在实体模具上进行准确加工；首先，将目标曲线的首末端点坐标记为(x0，y0，z0)，(x1，y1，z1)；曲线上任一采样点记为(x，y，z)；则若s>lε，则可以判定该曲线为边界曲线；则若s≤lε，则可以判定该曲线上的所有点共线；其中s＝|(x‑x₀)*(y₁‑y)‑(x₁‑x₀)*(y₁‑y₀)|，∈为给定的误差10^‑4；(3)刀具轨迹的确定：3.1由于刀具中心点的轨迹曲线为目标曲线的等距曲线，则刀具中心的轨迹曲线P0(t)是刀具半径和目标曲线之间的函数关系：Po(t)＝P(t)+δn(t)*r其中，P(t)＝(x(t)，y(t)，z(t))为目标曲线的参数形式，参数t∈[0，1]；r为刀具半径；目标曲线的单位法向量(沿Y轴切割机型)或(沿X轴切割机型)；3.2如果各切削点为离散点，对于折线段或者离散化后的圆弧、样条曲线，曲线均表示为折线段，因此单位法向的计算也是离散的，则通过以下方式确定刀具轨迹：假设折线段上有m+1个点pi＝(xi，yi，zi)，i＝0，...，m，记p‑1＝p0，pm+1＝pm。对于点p_i处的法向量n_i，首先计算(沿Y轴切割机型)或(沿X轴切割机型)，于是有其中||·||为向量的模运算；(4)由于刀片与实体模具边缘相切，且刀片与目标曲线的延长线相切，通过向量计算得到刀片切削的起始位置——即刀片中心的起始位置；记p₀为入切点，r为刀片的半径，t₀＝(t_x，t_y，t_z)为p₀处的单位切向量分量，其中单位切向量指向实体模具外部，对于折线段有t₀·(p₁‑p₀)＜0。设实体模具厚度为h，当入刀时，刀具与模具不发生直接碰撞的情况下，假定刀片中心位置为q_c，令向量q_c‑p₀与向量(0,0,1)所成角度为β，则有若sinβ＜∈(设∈＝10^‑4)，则记R＝∞；若sinβ＜∈(大于号)，则记进一步令H＝Rcosβ；若模型厚度h≥H，则刀具中心点位置为：若模型厚度h＜H，则再令l＝h cos2β，有