本發(fā)明涉及復(fù)雜異型零件的加工方法，尤其是涉及一種應(yīng)用3d數(shù)字模型閉環(huán)控制水銑刀的雕刻方法。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)有的3d打印技術(shù)僅僅只能使用單一熱塑材料打印出模型，不能直接打印實際應(yīng)用的工件。受限于加工材料，且為開環(huán)控制，3d打印不能檢測打印效果，只能依靠人工目測。

實用復(fù)雜異型工件的加工根據(jù)各類材料的不同物理、化學(xué)性能，采用相應(yīng)的物理化學(xué)的加工手段，如：1、木材、石材等較軟的材料采用金工銑刀或是磨頭加工；2、石玉材料藝術(shù)品的雕刻目前還主要依靠人工雕鑿手段輔助以手持電動工具，不但成型效果差、效率低、廢品率高、人工成本高、人為因素多、制作周期長、費時費力、粉塵污染嚴(yán)重，而且無法完整進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)制加工；3、高硬度的鋼模一般采用電火花電蝕法加工，電蝕法雖然具有雕刻精度高、自動化程度高的優(yōu)點，但也存在電蝕量有限、難以大型化、耗電大、制作效率低、成本高、會排放有毒的廢水和粉塵、環(huán)保性差的缺點。

而高標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜異型零件的不規(guī)則部分加工則主要依靠人工和部分精密數(shù)控機(jī)床多道加工工序來完成，且只能做到開環(huán)控制，精密數(shù)控機(jī)床工序多且要換多種刀具，有些不規(guī)則異形面還是不能加工，需借助人工打磨。以上人工加工部分都受限于工人的技術(shù)水平，成品率得不到保證，效率低下、勞動強(qiáng)度成本均高。數(shù)控機(jī)床加工部分均為開環(huán)控制，設(shè)備無法檢測工件的成形效果，依然需要人工監(jiān)視輔助。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能準(zhǔn)確快速、萬能地制作復(fù)雜異型工件、為模具生產(chǎn)、工藝雕刻節(jié)約大量的人力和材料、安全環(huán)保、不產(chǎn)生廢水、粉塵、煙等環(huán)境污染物、安全性好、可靠性高、成本低的應(yīng)用3d數(shù)字模型閉環(huán)控制水銑刀的雕刻方法，該雕刻方法通過3d掃描反饋和電腦的快速反復(fù)比較，實現(xiàn)智能雕刻機(jī)器人的功能。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種應(yīng)用3d數(shù)字模型閉環(huán)控制水銑刀的雕刻方法，特征是：包括一臺水刀、一臺機(jī)械手、一臺3d掃描儀和一臺上位電腦，上位電腦控制水刀、機(jī)械手、3d掃描儀工作，具體步驟如下：

a、在上位電腦中建立成品的3d數(shù)字模型，確定待加工的材料；

b、把待加工的材料定位緊固在底座上，3d掃描儀在上位電腦的控制下對待加工的材料進(jìn)行3d掃描，并把待加工的材料的3d數(shù)據(jù)保存至上位電腦的數(shù)據(jù)庫中，由上位電腦將待加工的材料的3d數(shù)據(jù)的和產(chǎn)品的3d數(shù)字模型進(jìn)行比對；

c、根據(jù)材料性質(zhì)：金屬\非金屬的性質(zhì)和3d數(shù)字模型的外形確定走刀的加工方案；

d、為了防止水刀的飛濺傷人，設(shè)置安全圍擋和紅外傳感器，以保證人員安全；然后啟動水刀的高壓水泵，待水流正常后，機(jī)械手拿著水刀對待加工的材料進(jìn)行加工，3d掃描儀隨時對加工的進(jìn)程進(jìn)行檢測反饋，確保加工量到位不過位；

走刀過程分3個階段:

（1）、外廓包絡(luò)面加工：根據(jù)待加工的材料的外形和產(chǎn)品的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，保留1-5毫米余量尺寸進(jìn)行初加工，用0.76mm的水刀頭加沙進(jìn)行切割加工；

（2）、粗雕：根據(jù)產(chǎn)品的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，用1.14mm的水刀頭加沙對初加工所保留的1-5毫米余量尺寸進(jìn)行銑磨加工，清洗掉1-5毫米余量，通過粗雕加工出產(chǎn)品的外廓包絡(luò)面；

（3）、精雕：根據(jù)產(chǎn)品的3d數(shù)字模型的最終數(shù)據(jù)，確定細(xì)節(jié)部分的雕刻順序，用0.08mm的水刀頭不加沙進(jìn)行打磨加工；所述順序為：根據(jù)先粗后細(xì)、先上后下、先高后低的原則，目的是照顧水流走向；

e、撤除安全圍擋，產(chǎn)品撤場，得到成品。

本發(fā)明首先采用上位電腦中的cad軟件建立產(chǎn)品的3d數(shù)字模型，再控制水刀實現(xiàn)銑刀功能，對待加工的材料進(jìn)行雕刻加工，應(yīng)用3d掃描儀檢測加工進(jìn)度和效果，根據(jù)3d掃描儀檢測的數(shù)據(jù)反饋控制水刀的速度和走向。本發(fā)明能準(zhǔn)確地把3d數(shù)學(xué)模型高效率的加工出來，并且安全環(huán)保，不產(chǎn)生廢水、粉塵、煙等環(huán)境污染物。

本發(fā)明將3d數(shù)字建模技術(shù)、3d掃描技術(shù)、水刀的切割技術(shù)、機(jī)械手的控制技術(shù)有機(jī)地融合為一體，應(yīng)用于金屬和非金屬的雕刻加工中。本發(fā)明的特點是：對水刀的控制以達(dá)到銑刀的加工效果，根據(jù)3d掃描儀測量反饋的信號控制水刀，精細(xì)化的應(yīng)用使水刀成為一把銑刀，以達(dá)到其他手段達(dá)不到的效果。

本發(fā)明可以有效地解決了目前雕刻加工中產(chǎn)生的廢水、粉塵、成型效果差效率低、廢品率高、人工成本高、人為因素多等一系列的問題，近乎是復(fù)雜異型加工工程最完美的解決方法，也是3d打印技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

因此，本發(fā)明具有能準(zhǔn)確快速地直接制作出復(fù)雜異型工件、模具的能力，節(jié)約大量的人力和材料、安全環(huán)保、不產(chǎn)生廢水、粉塵、煙等環(huán)境污染物、安全性好、成本低的優(yōu)點。本發(fā)明適用于所有材料的不規(guī)則裁、割、切及不規(guī)則的雕刻，特別是應(yīng)用于高標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜異型零件的加工（如潛艇的螺旋槳、噴氣發(fā)動機(jī)的葉片）、藝術(shù)品制造企業(yè)在生產(chǎn)各門類不規(guī)則復(fù)雜藝術(shù)品的雕刻制作和模具生產(chǎn)當(dāng)中的模具雕刻，本發(fā)明是3d打印和數(shù)控加工的結(jié)合和發(fā)展。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的硬件框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例并對照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例1：制作石雕刻人像

一種應(yīng)用3d數(shù)字模型閉環(huán)控制水銑刀的雕刻方法，具體步驟如下：

a、先對人實體進(jìn)行3d掃描，在上位機(jī)電腦中建立人實體的3d數(shù)字模型，確定待加工的石料；

b、把待加工的石料定位緊固在機(jī)械手可加工范圍內(nèi)的底座上，3d掃描儀在上位機(jī)電腦的控制下對待加工的石料進(jìn)行3d掃描，并把待加工的石料的3d數(shù)據(jù)保存至上位機(jī)電腦的數(shù)據(jù)庫中，由上位機(jī)電腦將待加工的石料的3d數(shù)據(jù)的和人實體的3d數(shù)字模型進(jìn)行比對，以保證石料夠用，然后鎖定；

c、根據(jù)石料性質(zhì)和3d數(shù)字模型的外形確定走刀的加工方案；

d、為了防止水刀的飛濺傷人，設(shè)置安全圍擋和紅外傳感器，以保證人員安全；然后啟動水刀的高壓水泵，待水流正常后，機(jī)械手拿著水刀對待加工的石料進(jìn)行加工，3d掃描儀隨時對加工的進(jìn)程進(jìn)行檢測反饋，確保加工量到位不過位；

走刀過程分3個階段:

（1）、外廓包絡(luò)面加工：根據(jù)待加工的石料的外形和人實體的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，保留3毫米余量尺寸進(jìn)行初加工，用0.76mm的水刀頭加沙進(jìn)行分層切割加工；把多余的材料從上到下，分層切割去除；

（2）、粗雕：根據(jù)人實體的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，用1.14mm的水刀頭加沙對初加工所保留的3毫米余量尺寸進(jìn)行銑磨加工，清洗掉3毫米余量，通過粗雕加工出產(chǎn)品的外廓包絡(luò)面；

（3）、精雕：根據(jù)人實體的3d數(shù)字模型的最終數(shù)據(jù)，確定細(xì)節(jié)部分的雕刻順序，用0.08mm的水刀頭不加沙進(jìn)行打磨加工；所述順序為：根據(jù)先粗后細(xì)、先上后下、先高后低的原則，目的是照顧水流走向；

期間3d掃描與走刀交替進(jìn)行，加工效果的數(shù)據(jù)不斷的反饋到上位電腦以更新材料數(shù)據(jù)，直至走完程序，雕出成品；

e、撤除安全圍擋，產(chǎn)品撤場，得到成品。

實施例2：制作鋼制模具

一種應(yīng)用3d數(shù)字模型閉環(huán)控制水銑刀的雕刻方法，具體步驟如下：

a、先在上位機(jī)電腦中建立模具的3d數(shù)字模型，確定待加工的鋼材；

b、把待加工的石料定位緊固在機(jī)械手可加工范圍內(nèi)的底座上，3d掃描儀在上位機(jī)電腦的控制下對待加工的鋼材進(jìn)行3d掃描，并把待加工的鋼材的3d數(shù)據(jù)保存至上位機(jī)電腦的數(shù)據(jù)庫中，由上位機(jī)電腦將待加工的鋼材的3d數(shù)據(jù)的和模具的3d數(shù)字模型進(jìn)行比對，把模具的3d數(shù)字模型調(diào)整在待加工材料的3d數(shù)字模型內(nèi)，以保證鋼材夠用，然后鎖定；

c、根據(jù)鋼材性質(zhì)和3d數(shù)字模型的外形確定走刀的加工方案；

d、為了防止水刀的飛濺傷人，設(shè)置安全圍擋和紅外傳感器，以保證人員安全；然后啟動水刀的高壓水泵，待水流正常后，機(jī)械手拿著水刀對待加工的鋼材進(jìn)行加工，3d掃描儀隨時對加工的進(jìn)程進(jìn)行檢測反饋，確保加工量到位不過位；

走刀過程分3個階段:

（1）、外廓包絡(luò)面加工：根據(jù)待加工的鋼材的外形和模具的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，保留1毫米余量尺寸進(jìn)行初加工，用0.76mm的水刀頭加沙進(jìn)行分層切割加工；把多余的材料從上到下，分層切割去除；

（2）、粗雕：根據(jù)模具的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，用0.76mm的水刀頭加沙對初加工所保留的1毫米余量尺寸進(jìn)行銑磨加工，清洗掉1毫米余量，通過粗雕加工出產(chǎn)品的外廓包絡(luò)面；

（3）、精雕：根據(jù)模具的3d數(shù)字模型的最終數(shù)據(jù)，確定細(xì)節(jié)部分的雕刻順序，用0.08mm的水刀頭不加沙進(jìn)行打磨加工；所述順序為：根據(jù)先粗后細(xì)、先上后下、先高后低的原則，目的是照顧水流走向；

期間3d掃描與走刀交替進(jìn)行，加工效果的數(shù)據(jù)不斷的反饋到上位機(jī)電腦以更新材料數(shù)據(jù)，直至走完程序，雕出成品；

e、撤除安全圍擋，產(chǎn)品撤場，得到成品。

實施例3：制作木質(zhì)模型

一種應(yīng)用3d數(shù)字模型閉環(huán)控制水銑刀的雕刻方法，具體步驟如下：

a、先在上位機(jī)電腦中建立木質(zhì)模型的3d數(shù)字模型，確定待加工的木材；

b、把待加工的石料定位緊固在機(jī)械手可加工范圍內(nèi)的底座上，3d掃描儀在上位機(jī)電腦的控制下對待加工的木材進(jìn)行3d掃描，并把待加工的木材的3d數(shù)據(jù)保存至上位機(jī)電腦的數(shù)據(jù)庫中，由上位機(jī)電腦將待加工的鋼材的3d數(shù)據(jù)的和木質(zhì)模型的3d數(shù)字模型進(jìn)行比對，把木質(zhì)模型的3d數(shù)字模型調(diào)整在待加工材料的3d數(shù)字模型內(nèi)，以保證木材夠用，然后鎖定；

c、根據(jù)木材性質(zhì)和木質(zhì)模型3d數(shù)字模型的外形確定走刀的加工方案；

d、為了防止水刀的飛濺傷人，設(shè)置安全圍擋和紅外傳感器，以保證人員安全；然后啟動水刀的高壓水泵，待水流正常后，機(jī)械手拿著水刀對待加工的鋼材進(jìn)行加工，3d掃描儀隨時對加工的進(jìn)程進(jìn)行檢測反饋，確保加工量到位不過位；

走刀過程分3個階段:

（1）、外廓包絡(luò)面加工：根據(jù)待加工的木材的外形和木質(zhì)模型的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，保留5毫米余量尺寸進(jìn)行初加工，用0.76mm的水刀頭不加沙進(jìn)行分層切割加工；把多余的材料從上到下，分層切割去除；

（2）、粗雕：根據(jù)模具的3d數(shù)字模型的外廓包絡(luò)面，用0.76mm的水刀頭不加沙對初加工所保留的5毫米余量尺寸進(jìn)行銑磨加工，清洗掉5毫米余量，通過粗雕加工出產(chǎn)品的外廓包絡(luò)面；

（3）、精雕：根據(jù)木質(zhì)模型的3d數(shù)字模型的最終數(shù)據(jù)，確定細(xì)節(jié)部分的雕刻順序，用0.08mm的水刀頭不加沙進(jìn)行打磨加工；所述順序為：根據(jù)先粗后細(xì)、先上后下、先高后低的原則，目的是照顧水流走向；

期間3d掃描與走刀交替進(jìn)行，加工效果的數(shù)據(jù)不斷的反饋到上位機(jī)電腦以更新材料數(shù)據(jù)，直至走完程序，雕出成品；

e、撤除安全圍擋，產(chǎn)品撤場，得到成品。