專利名稱：一種基于曲面模型的加工效果表示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于曲面模型的加工效果表示方法。
背景技術(shù)：
刀具成型加工相對于曲面加工，具有加工效率高的優(yōu)勢，將其應(yīng)用到多軸機床上， 配合刀軸的轉(zhuǎn)動，可加工出復(fù)雜形狀的曲面，因此用五軸數(shù)控機床和自定義截面形狀的花式刀具進行產(chǎn)品加工的方式在眼鏡膠架等高檔產(chǎn)品加工中逐漸得以應(yīng)用。但是這種加工方式存在一個難點在編程時，每一刀加工后的產(chǎn)品形狀很難想象出來，要想知道加工后的效果以及關(guān)鍵位置的尺寸，需要到機床上進行試切，如果試切效果不理想，還需要調(diào)整路徑后進行再次試切，如此反復(fù)，直到加工效果滿足要求為止。這種反復(fù)的操作不但耗費了時間還浪費了原料，造成了成本的增加，不利于生產(chǎn)和新產(chǎn)品的開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種在計算機上用曲面模型表示加工效果的方法，該方法使得產(chǎn)品每一步加工后的形狀都可以在計算機上用曲面模型表示出來；同時，每一步的模型形狀和關(guān)鍵位置尺寸都可以在計算機上觀察和測量。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種基于曲面模型的加工效果表示方法，包括
步驟a，按照產(chǎn)品毛坯的形狀，用多張曲面構(gòu)造出一個封閉的殼體模型； 步驟b，編輯一條刀具路徑，并定義刀具截面形狀； 步驟c，用曲面表示刀具切削刃沿路徑掃掠之后所形成的形狀； 步驟d，將步驟c中的曲面和步驟a中表示產(chǎn)品毛坯形狀的曲面進行相互裁減，生成一個新的封閉曲面殼體，表示產(chǎn)品經(jīng)過這一路徑加工后的形狀；
步驟e，對步驟d中得到的曲面殼體模型進行觀察和測量，判斷殼體模型的形狀是否滿足產(chǎn)品加工要求，如果不滿足產(chǎn)品加工要求，則執(zhí)行步驟f的操作；如果滿足產(chǎn)品加工要求，則執(zhí)行步驟g的操作；
步驟f，恢復(fù)毛坯曲面形狀，調(diào)整刀具路徑或刀具形狀，再重復(fù)步驟c和其之后的操作； 步驟g，編輯下一條路徑，并定義所使用的刀具形狀，繼續(xù)進行步驟c和其之后的操作， 直到所有路徑都編輯完成并且所表示的模型形狀都滿足加工要求為止。優(yōu)選的，上述一種基于曲面模型的加工效果表示方法中，步驟d的具體實現(xiàn)方法是
dl.用表示刀具加工形狀的曲面和表示產(chǎn)品毛坯形狀的封閉殼體曲面求取交線，得到一組封閉的交線環(huán)；
d2.用得到的交線環(huán)對表示刀具加工形狀的曲面進行分割，將該曲面分為兩部分，一部分位于交線環(huán)內(nèi)，另一部分位于交線環(huán)外，將交線環(huán)內(nèi)的曲面保留，交線環(huán)外的曲面刪除；d3.用得到的交線環(huán)對表示產(chǎn)品毛坯形狀的封閉殼體曲面進行分割，將該曲面分為兩部分，根據(jù)加工刀具所在的位置，這兩部分曲面有一部分和刀具相交，另一部分和刀具不相交，將和刀具相交的曲面去掉，保留和刀具不相交的曲面；
d4.將步驟d2和步驟d3中保留下來的兩部分曲面組合，構(gòu)成一個新的封閉曲面殼體。優(yōu)選的，上述一種基于曲面模型的加工效果表示方法中，步驟b中所述的刀具路徑可以是三軸路徑，也可以是五軸路徑；其中，五軸加工路徑的生成方法是先指定曲線上一些關(guān)鍵點處的刀軸方向和深度，曲線上其他點處的刀軸方向和深度由相鄰的兩個關(guān)鍵點處的刀軸方向和深度插值得到，其具體過程為
bl.在軌跡曲線上指定若干刀軸控制點，并按照產(chǎn)品要求指定控制點的刀軸方向和深
度；
b2.根據(jù)每個控制點的刀軸方向，計算出各控制點的仰角和方位角。其中，仰角是指刀軸方向與水平面之間的夾角，角度范圍是一 90° +90° ；方位角是指刀軸方向在水平面上的投影方向與X軸之間的夾角，角度范圍是0° 360° ；對于豎直的刀軸方向方位角無效， 只由仰角表示；
b3.根據(jù)各控制點的仰角和方位角分別插值計算出各路徑點的仰角和方位角； b4.根據(jù)b3中得到的仰角和方位角分別計算出各路徑點的刀軸方向； b5.根據(jù)各控制點的加工深度插值計算出各路徑點的加工深度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將傳統(tǒng)的試切過程從機床上轉(zhuǎn)移到計算機上完成，不但節(jié)省了原料，降低了生產(chǎn)成本，而且提高了編程效率，加快了新產(chǎn)品開發(fā)的進程。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖。圖2是本發(fā)明實施例中用曲面殼體表示的產(chǎn)品毛坯形狀示意圖。圖3是本發(fā)明實施例中加工眼鏡膠架背面左邊框的花式刀具和路徑示意圖。圖4是本發(fā)明實施例中表示刀具側(cè)刃沿路徑走過之后所形成的曲面。圖5是本發(fā)明實施例中掃掠曲面與毛坯曲面殼體裁剪前的形狀示意圖。圖6是本發(fā)明實施例中掃掠曲面與毛坯曲面殼體裁剪后所形成的曲面殼體形狀示意圖。圖7是本發(fā)明實施例中最終形成的產(chǎn)品形狀效果示意圖。圖8是本發(fā)明方法中曲面裁剪方法的流程圖。圖9是本發(fā)明方法中五軸路徑生成方法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述本發(fā)明的基于曲面模型的加工效果表示方法基本流程圖如圖1所示，根據(jù)眼鏡膠架加工的編程實例來說明一下本發(fā)明的具體實施方式
。步驟101，按照眼鏡膠架毛坯的形狀，用多張曲面構(gòu)造出一個封閉的毛坯曲面殼體，如圖2所示。
步驟102，按照眼鏡膠架的設(shè)計形狀，編輯一條加工路徑，并定義所使用的花式刀具的截面形狀。圖3顯示的是本實施例中用來加工眼鏡膠架背面左邊框的一條五軸路徑示意圖，其中11所示的為五軸路徑的刀具路徑軌跡，12所示的為刀軸方向，20所示的為此路徑所使用的花式刀具。步驟103，根據(jù)刀具截面形狀和刀具路徑，用曲面表示出刀具切削刃沿路徑掃掠之后所形成的形狀。圖4中的曲面30表示的是圖3中刀具20的側(cè)刃沿其五軸路徑掃掠之后所形成的形狀。步驟104，用步驟103中表示刀具沿路徑掃掠所形成的曲面和步驟101中構(gòu)造的表示產(chǎn)品毛坯形狀的曲面進行裁減，生成一個新的封閉曲面殼體，表示產(chǎn)品經(jīng)過這一路徑加工后的形狀。圖5顯示的是步驟101中的毛坯曲面殼體與步驟103中的曲面30裁剪前的狀態(tài)，圖6表示的是其裁剪后所形成的曲面殼體模型。步驟105，對步驟104得到的曲面殼體模型進行觀察和測量，判斷殼體模型的形狀是否滿足產(chǎn)品加工要求，如果測量結(jié)果不能滿足產(chǎn)品的加工要求，則執(zhí)行步驟106 ；如果測量結(jié)果符合產(chǎn)品的加工要求，則執(zhí)行步驟107。步驟106，恢復(fù)步驟101中毛坯曲面殼體的形狀，并調(diào)整步驟102中的刀具路徑或刀具形狀，繼續(xù)進行步驟103之后的操作，直到殼體模型形狀滿足加工要求為止。步驟107，判斷所有的加工路徑是否都編輯完成，如果有路徑?jīng)]編輯完成，則執(zhí)行步驟108 ；如果所有路徑都編輯完成，并且均滿足加工要求，則執(zhí)行步驟109。步驟108，編輯下一條加工路徑，并進行步驟103之后的模擬和調(diào)整的操作，直到路徑滿足加工要求為止。步驟109，將最后的封閉曲面殼體作為產(chǎn)品的最終加工效果模型，圖7表示的是本發(fā)明實施例經(jīng)過上述步驟所形成的眼鏡膠架加工效果模型。圖8顯示了本發(fā)明實施例提供的刀具路徑曲面和產(chǎn)品毛坯曲面裁減方法的流程圖，具體過程如下
步驟801，對兩曲面求取交線，得到一組封閉的交線環(huán)；
步驟802，用得到的交線環(huán)對表示刀具加工形狀的曲面進行分割，將該曲面分為兩部分，一部分位于交線環(huán)內(nèi)，另一部分位于交線環(huán)外，將交線環(huán)內(nèi)的曲面保留，交線環(huán)外的曲面刪除；
步驟803，用得到的交線環(huán)對表示產(chǎn)品毛坯形狀的封閉殼體曲面進行分割，將該曲面分為兩部分，根據(jù)加工刀具所在的位置，這兩部分曲面有一部分和刀具相交，另一部分和刀具不相交，將和刀具相交的曲面去掉，保留和刀具不相交的曲面；
步驟804，將保留下來的兩部分曲面組合，構(gòu)成一個新的封閉曲面殼體。圖9顯示了本發(fā)明實施例提供的五軸路徑生成方法的流程圖，具體過程如下 步驟901，在軌跡曲線上指定刀軸控制點，并按照產(chǎn)品要求指定控制點的刀軸方向和深
度；
步驟902，根據(jù)每個控制點的刀軸方向，計算出各控制點的仰角和方位角。其中，仰角是指刀軸方向與水平面之間的夾角，角度范圍是一 90° +90° ；方位角是指刀軸方向在水平面上的投影方向與X軸之間的夾角，角度范圍是0° 360° ；對于豎直的刀軸方向方位角無效，只由仰角表示；步驟903，根據(jù)各控制點的仰角和方位角分別插值計算出各路徑點的仰角和方位角； 步驟904，根據(jù)步驟903中得到的仰角和方位角分別計算出各路徑點的刀軸方向； 步驟905，根據(jù)各控制點的加工深度插值計算出各路徑點的加工深度。綜上所述，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果該方法使得產(chǎn)品每一步加工后的形狀都可以在計算機上用曲面模型表示出來，并且每一步的模型形狀和關(guān)鍵位置尺寸都可以在計算機上觀察和測量，從而將傳統(tǒng)的試切過程從機床上轉(zhuǎn)移到計算機上完成，不但節(jié)省了原料， 降低了生產(chǎn)成本，而且提高了編程效率，加快了新產(chǎn)品開發(fā)的進程。盡管上文對本發(fā)明進行了詳細說明，但是本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當理解為落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于曲面模型的加工效果表示方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟a，按照產(chǎn)品毛坯的形狀，用多張曲面構(gòu)造出一個封閉的殼體模型； 步驟b，編輯一條刀具路徑，并定義刀具截面形狀；步驟c，用曲面表示刀具切削刃沿路徑掃掠之后所形成的形狀； 步驟d，用步驟c中的曲面和步驟a中表示產(chǎn)品毛坯形狀的曲面進行相互裁減，生成一個新的封閉曲面殼體，表示產(chǎn)品經(jīng)過這一路徑加工后的形狀；步驟e，對步驟d中得到的曲面殼體模型進行觀察和測量，判斷殼體模型的形狀是否滿足產(chǎn)品加工要求，如果不滿足產(chǎn)品加工要求，則執(zhí)行步驟f的操作；如果滿足產(chǎn)品加工要求，則執(zhí)行步驟g的操作；步驟f，恢復(fù)毛坯曲面形狀，調(diào)整刀具路徑或刀具形狀，再重復(fù)步驟c及以后的操作； 步驟g，編輯下一條路徑，并定義所使用的刀具形狀，繼續(xù)進行步驟c及以后的操作，直到所有路徑都編輯完成并且所表示的模型形狀都滿足加工要求為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于曲面模型的加工效果表示方法，其特征在于步驟d 的具體實現(xiàn)方法是dl.用表示刀具加工形狀的曲面和表示產(chǎn)品毛坯形狀的封閉殼體曲面求取交線，得到一組封閉的交線環(huán)；d2.用得到的交線環(huán)對表示刀具加工形狀的曲面進行分割，將該曲面分為兩部分，一部分位于交線環(huán)內(nèi)，另一部分位于交線環(huán)外，將交線環(huán)內(nèi)的曲面保留，交線環(huán)外的曲面刪除；d3.用得到的交線環(huán)對表示產(chǎn)品毛坯形狀的封閉殼體曲面進行分割，將該曲面分為兩部分，根據(jù)加工刀具所在的位置，這兩部分曲面有一部分和刀具相交，另一部分和刀具不相交，將和刀具相交的曲面去掉，保留和刀具不相交的曲面；d4.將步驟d2和步驟d3中保留下來的兩部分曲面組合，構(gòu)成一個新的封閉曲面殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于曲面模型的加工效果表示方法，其特征在于 步驟b中所述的刀具路徑是三軸路徑或五軸路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于曲面模型的加工效果表示方法，其特征在于所述的五軸路徑的生成方法是先指定曲線上一些關(guān)鍵點處的刀軸方向和深度，曲線上其他點處的刀軸方向和深度由相鄰的兩個關(guān)鍵點處的刀軸方向和深度插值得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于曲面模型的加工效果表示方法，其特征在于所述的五軸路徑生成方法，包括如下步驟bl.在軌跡曲線上指定若干刀軸控制點，并按照產(chǎn)品要求指定控制點的刀軸方向和深度；b2.根據(jù)每個控制點的刀軸方向，計算出各控制點的仰角和方位角；其中，仰角是指刀軸方向與水平面之間的夾角，角度范圍是一 90° +90° ；方位角是指刀軸方向在水平面上的投影方向與X軸之間的夾角，角度范圍是0° 360° ；對于豎直的刀軸方向方位角無效， 只由仰角表示；b3.根據(jù)各控制點的仰角和方位角分別插值計算出各路徑點的仰角和方位角； b4.根據(jù)b3中得到的仰角和方位角分別計算出各路徑點的刀軸方向； b5.根據(jù)各控制點的加工深度插值計算出各路徑點的加工深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于曲面模型的加工效果表示方法。分別用曲面殼體和曲面來表示產(chǎn)品毛坯形狀和刀具切削刃沿路徑掃掠所形成的形狀，并通過對曲面殼體和曲面進行裁剪，生成用來表示產(chǎn)品每一步加工形狀的曲面效果模型，在對曲面模型的形狀和尺寸進行觀察和測量后，如果測量結(jié)果不滿足加工要求，通過調(diào)整和修改對應(yīng)路徑或刀具，使曲面模型滿足產(chǎn)品的加工要求；經(jīng)過反復(fù)的路徑編輯和裁剪后，生成表示最終產(chǎn)品加工效果的曲面模型。本發(fā)明將傳統(tǒng)的試切過程從機床上轉(zhuǎn)移到計算機上完成，不但節(jié)省了原料，降低了生產(chǎn)成本，而且提高了編程效率，加快了新產(chǎn)品開發(fā)的進程。
文檔編號G05B19/19GK102495586SQ20111043918
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者孫藝華, 張保全, 彭蜀, 石寶光 申請人:北京進取者軟件技術(shù)有限公司