使用中軸變換優(yōu)化工具路徑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用中軸變換優(yōu)化工具路徑的方法。工件的粗機(jī)械加工通過數(shù)控機(jī)床使用自適應(yīng)工具路徑技術(shù)執(zhí)行。通過在工件中沿中軸形成預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽并且使用工具路徑機(jī)械加工所述工件的剩余部分，增大了材料去除速率和機(jī)械加工效率，所述工具路徑從預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的內(nèi)側(cè)開始并以平滑曲線向外螺旋前進(jìn)。
【專利說明】使用中軸變換優(yōu)化工具路徑的方法
【背景技術(shù)】
[0001]CAD/CAM (計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)可以與CNC (計(jì)算機(jī)數(shù)控)系統(tǒng)集成以提供快速、有效的工件機(jī)械加工。CAM系統(tǒng)采用多種工具路徑策略以在粗機(jī)械加工操作中引導(dǎo)切割工具，在所述粗機(jī)械加工操作中，將工件機(jī)械加工為近凈成形。在一種通常被稱為恒定偏置或平行偏置的工具路徑策略中，切割工具和工件的徑向接合程度隨著切割工具沿工具路徑的移動(dòng)而變化。雖然沿直線切口的材料切除率(MRR)可能是最佳的，但當(dāng)工具進(jìn)入徑向接合增加的急彎或者拐角時(shí)，進(jìn)給速率必須降低。
[0002]為了增加機(jī)械加工效率并減少工具的磨損/損壞，自適應(yīng)型工具路徑策略已經(jīng)被開發(fā)出，其中基本貫穿粗機(jī)械加工操作而保持切割工具和工件的全徑向接合。基于切割工具的全徑向接合，CAM系統(tǒng)可以計(jì)算帶來更高的可用機(jī)床功率的使用率的軸向切割深度和進(jìn)給速率。雖然自適應(yīng)工具路徑策略可以顯著增加切削效率，但機(jī)械利用率仍然未被充分優(yōu)化。這是因?yàn)?，雖然工具路徑程序可以調(diào)用恒定的切割工具進(jìn)給速率，但機(jī)械因?yàn)槠渥陨淼膽T性質(zhì)量可能無法真正實(shí)現(xiàn)恒定的進(jìn)給速率。例如，當(dāng)切割工具到達(dá)外部切割區(qū)域邊界時(shí)，機(jī)械需要減速、停止、改變方向并重新加速。由于工具路徑速率和方向的這些頻繁改變而引起的效率的損失沿工件的狹窄或緊湊區(qū)域可能尤其嚴(yán)重。在這些區(qū)域中，需要切割工具的多次短程來回通過，每次都要求切割工具減速、改變方向并重新加速。
[0003]因此，需要一種使用增大機(jī)械加工效率的自適應(yīng)工具路徑策略的工件粗機(jī)械加工的方法，特別是沿被機(jī)械加工的區(qū)域的狹窄或者緊湊區(qū)域。還需要一種機(jī)械加工方法，當(dāng)切割工具與工件保持基本充分的接合時(shí)，所述機(jī)械加工方法保持切割工具的進(jìn)給速率為基本恒定的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)所公開的實(shí)施例，提供了使用自適應(yīng)工具路徑策略的自動(dòng)化機(jī)械加工方法，所述方法使用更大量的機(jī)械工具的可用功率以便提高材料去除速率并減少機(jī)械加工時(shí)間。對(duì)切割工具的減速、改變方向和重新加速的需要被顯著減少。生成長(zhǎng)而平滑的工具路徑，其允許在基本整個(gè)粗機(jī)械加工操作過程中保持基本恒定的進(jìn)給速率。所述方法產(chǎn)生了可以用作粗機(jī)械加工起點(diǎn)的預(yù)粗機(jī)械加工條件，所述粗機(jī)械加工采用基本百分之百的工具接合和與機(jī)械的最大操作約束匹配的進(jìn)給速率。
[0005]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了使用數(shù)控機(jī)床粗機(jī)械加工工件的方法。該方法包括選擇限定待機(jī)械加工的工件的區(qū)域形狀的邊界，確定該形狀的中軸，利用所述中軸生成第一組工具路徑數(shù)據(jù)以用于引導(dǎo)切割工具的移動(dòng)，使用所述第一組工具路徑數(shù)據(jù)在所述工件中機(jī)械加工預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽，基于該溝槽的幾何構(gòu)形生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)，并使用第二組工具路徑數(shù)據(jù)對(duì)所述工件進(jìn)行粗機(jī)械加工。確定所述形狀的中軸是由使用計(jì)算機(jī)實(shí)施的中軸變換算法執(zhí)行的，并且確定所述中軸包含生成代表所述形狀的多條曲線，并且然后通過取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線而細(xì)化所述多條曲線。生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)是使用自適應(yīng)工具路徑算法執(zhí)行的。中軸變換算法包含縮放的中軸變換。取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線是使用編程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行的。可替換地，取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線包含向人視覺的呈現(xiàn)所述多條曲線，并由人執(zhí)行所述取消選定。工件的粗機(jī)械加工開始于將切割工具定位在所述溝槽內(nèi)并從所述溝槽以基本平滑的曲線向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)包含選擇從所述溝槽向外螺旋前進(jìn)的工具路徑圖案。所述粗機(jī)械加工包含從所述溝槽向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。
[0006]根據(jù)再一個(gè)實(shí)施例，提供了粗機(jī)械加工具有至少一個(gè)狹窄區(qū)域的工件的方法。該方法包含向計(jì)算機(jī)輸入限定待機(jī)械加工的工件區(qū)域的形狀的切割邊界，使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述形狀的中軸變換，包括生成描述該形狀的一組中軸曲線，選擇某些中軸曲線以用于生成預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑，基于選擇的中軸曲線使用計(jì)算機(jī)生成預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑，使用預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)所述切割工具以在工件中自動(dòng)機(jī)械加工預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽，基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的幾何構(gòu)形使用計(jì)算機(jī)生成粗機(jī)械加工的工具路徑，使用粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)切割工具以自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分。使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述形狀的中軸變換包含執(zhí)行分級(jí)的(scalar)中軸變換。自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分包含使用粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)切割工具以基本平滑的曲線從預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽向外螺旋前進(jìn)。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行對(duì)所述中軸中的一些的選擇。自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分包含在整個(gè)粗機(jī)械加工的工具路徑中保持基本恒定的徑向切割深度。
[0007]本公開的一個(gè)方面涉及采用自動(dòng)控制的切割工具機(jī)械加工工件的方法。該方法包含選擇待機(jī)械加工的工件的區(qū)域，所述區(qū)域具有形狀；為選擇的區(qū)域計(jì)算至少一個(gè)骨架曲線；在所述工件中沿骨架曲線機(jī)械加工具有幾何構(gòu)形的溝槽；基于溝槽的幾何構(gòu)形生成工具路徑；并且沿著生成的工具路徑移動(dòng)切割工具以機(jī)械加工所述工件。
[0008]在所述方法的一個(gè)示例中，計(jì)算至少一個(gè)骨架曲線是使用選擇的區(qū)域的形狀的中軸變換執(zhí)行的。
[0009]在所述方法的一個(gè)變體中，多個(gè)骨架曲線被計(jì)算，并且所述方法進(jìn)一步包含細(xì)化所述多個(gè)骨架曲線。
[0010]在所述方法的一個(gè)替換例中，細(xì)化多個(gè)骨架曲線由編程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行。
[0011]在所述方法的另一個(gè)示例中，細(xì)化多個(gè)骨架曲線包含自動(dòng)地向人視覺地呈現(xiàn)多個(gè)骨架曲線，并由人執(zhí)行所述細(xì)化。
[0012]在另一個(gè)變體中，所述方法進(jìn)一步包含生成一組預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑數(shù)據(jù)。機(jī)械加工所述溝槽包含使用計(jì)算機(jī)化的控制器和預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑數(shù)據(jù)來控制切割工具的移動(dòng)。
[0013]在所述方法的另一個(gè)替換例中，沿工具路徑移動(dòng)切割工具包含從所述溝槽內(nèi)的起點(diǎn)開始所述工具路徑。
[0014]在所述方法的另一個(gè)示例中，生成所述工具路徑包含選擇從溝槽向外螺旋前進(jìn)的工具路徑圖案。
[0015]在所述方法的另一個(gè)變體中，移動(dòng)切割工具包含從所述溝槽內(nèi)的位置以平滑的曲線向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。
[0016]本公開的另一個(gè)方面涉及使用數(shù)控機(jī)床粗機(jī)械加工工件的區(qū)域的方法。所述工件的區(qū)域具有形狀。所述方法包含選擇限定待機(jī)械加工的工件的區(qū)域形狀的邊界；確定所述形狀的中軸；使用中軸生成第一組工具路徑數(shù)據(jù)以用于引導(dǎo)切割工具的移動(dòng)；在所述工件中使用第一組工具路徑數(shù)據(jù)機(jī)械加工具有幾何構(gòu)形的預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽；基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的幾何構(gòu)形生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)；并且使用第二組工具路徑數(shù)據(jù)來粗機(jī)械加工所述工件。
[0017]在所述方法的一個(gè)示例中，確定所述形狀的中軸是使用計(jì)算機(jī)實(shí)施的中軸變換算法執(zhí)行的。
[0018]在所述方法的一個(gè)變體中，確定所述中軸包含生成代表所述形狀的多條曲線，并且然后通過取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線而細(xì)化所述多條曲線。
[0019]在所述方法的一個(gè)替換例中，生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)是使用自適應(yīng)工具路徑算法執(zhí)行的。
[0020]在所述方法的另一個(gè)示例中，所述中軸變換算法包含縮放的中軸變換。
[0021]在所述方法的另一個(gè)變體中，取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線是使用編程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行的。
[0022]在所述方法的另一個(gè)替換例中，取消選定所述多條曲線中的至少某些曲線包含向人視覺地呈現(xiàn)多條曲線，并且然后由人執(zhí)行所述取消選定。
[0023]在所述方法的另一個(gè)示例中，粗機(jī)械加工所述工件開始于將所述切割工具定位在所述溝槽內(nèi)并從所述溝槽以總體平滑的曲線向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。
[0024]在所述方法的另一個(gè)變體中，生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)包含選擇從所述溝槽向外螺旋前進(jìn)的工具路徑圖案。
[0025]在所述方法的另一個(gè)替換例中，粗機(jī)械加工包含從所述溝槽向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具。
[0026]本公開的另一個(gè)方面涉及粗機(jī)械加工具有至少一個(gè)狹窄區(qū)域的工件的區(qū)域的方法。所述工件的區(qū)域具有形狀。該方法包含向計(jì)算機(jī)輸入限定待機(jī)械加工的工件的區(qū)域形狀的切割邊界；使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述形狀的中軸變換，包含生成描述所述形狀的一組中軸曲線；選擇所述中軸曲線中的一些以用于生成預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑；使用計(jì)算機(jī)以基于選擇的中軸曲線生成預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑；使用切割工具和引導(dǎo)所述切割工具的預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑在所述工件中自動(dòng)機(jī)械加工具有幾何構(gòu)形的預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽；使用計(jì)算機(jī)以基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的幾何構(gòu)形生成粗機(jī)械加工的工具路徑；并且使用切割工具和引導(dǎo)所述切割工具的粗機(jī)械加工的工具路徑來自動(dòng)機(jī)械加工所述工件的所述區(qū)域的剩余部分。
[0027]在所述方法的一個(gè)示例中，使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述形狀的中軸變換包含執(zhí)行分級(jí)的中軸變換。
[0028]在所述方法的一個(gè)變體中，自動(dòng)機(jī)械加工所述工件的所述區(qū)域的剩余部分包含使用粗機(jī)械加工的工具路徑引導(dǎo)切割工具從預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽以大致平滑的曲線向外螺旋前進(jìn)。
[0029]在所述方法的一個(gè)替換例中，選擇所述中軸中的一些由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行。
[0030]在所述方法的另一個(gè)示例中，自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分包含貫穿所述粗機(jī)械加工的工具路徑保持基本恒定的徑向切割深度。
[0031]在所述方法的另一個(gè)替換例中，自動(dòng)機(jī)械加工工件的所述區(qū)域的剩余部分包含以基本恒定的速度移動(dòng)切割工具橫跨所述狹窄區(qū)域。
[0032]上文的術(shù)語(yǔ)“示例”、“變體”和“替換例”可以互相替換使用。
[0033]所述特征、功能及優(yōu)勢(shì)可以在本公開的多種實(shí)施例中獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者可以在其它實(shí)施例中組合實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考以下說明書和附圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]在所附權(quán)利要求中闡述了說明性實(shí)施例的被確信為新穎性特征的特性。但是，通過在結(jié)合附圖閱讀時(shí)參考本發(fā)明的說明性實(shí)施例的以下【具體實(shí)施方式】，將最好地理解所述說明性實(shí)施例以及優(yōu)選的使用方式、進(jìn)一步的目的及其優(yōu)勢(shì)，其中:
[0035]圖1是使用中軸變換最優(yōu)化自適應(yīng)工具路徑策略機(jī)械加工工件的系統(tǒng)的功能框圖的說明。
[0036]圖2是與工件充分徑向接合的切割工具的透視圖的說明。
[0037]圖3是示出將被粗機(jī)械加工的區(qū)域的切割邊界的工件的平面圖的說明。
[0038]圖4是示出針對(duì)由圖3中所示切割邊界限定的形狀計(jì)算的中軸骨架曲線的工件的平面圖的說明。
[0039]圖5是與圖4相似的細(xì)化中軸骨架曲線后的說明。
[0040]圖6是示出預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的位置和用于切割該溝槽的預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑的工件的平面圖的說明。
[0041]圖7-9是示出基于圖5所示的細(xì)化的中軸骨架曲線和圖6所示的工具路徑被切割的預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的透視圖的說明。
[0042]圖10是示出基于圖6中所示的預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的幾何構(gòu)形的最優(yōu)化的自適應(yīng)工具路徑的工件的平面圖的說明。
[0043]圖11是使用最優(yōu)化自適應(yīng)工具路徑策略的中軸曲線機(jī)械加工工件的方法的流程圖的說明。
[0044]圖12是圖11中所示方法的額外細(xì)節(jié)的流程圖的說明。
[0045]圖13是飛行器制造和維護(hù)方法的流程圖的說明。
[0046]圖14是飛行器的框圖的說明。
【具體實(shí)施方式】
[0047]首先參考圖1，可以包含例如鋁或鈦的固體材料的工件24可以使用切割工具22進(jìn)行機(jī)械加工，所述切割工具由機(jī)械加工中心20驅(qū)動(dòng)。機(jī)械加工中心20可以包含自動(dòng)的多軸機(jī)械，該多軸機(jī)械使切割工具22和工件24相對(duì)于彼此移位。機(jī)械加工中心20可以使用編程的控制器來自動(dòng)控制，例如CNC (計(jì)算機(jī)數(shù)控)控制器26。機(jī)械加工中心20可以包含例如但不限于具有旋轉(zhuǎn)主軸(未示出)以便旋轉(zhuǎn)切割工具22的3軸或5軸銑刀。切割工具22可以包含但不限于圖2所示的立銑刀22。CNC控制器26可以與具有CAM軟件(未示出)的CAD/CAM (計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)28耦合并存取一種或更多的軟件程序30。在所描述的實(shí)施例中，軟件程序30至少包含合適的MAT (中軸變換)算法和自適應(yīng)工具路徑生成器36。具有用戶界面(例如輸入設(shè)備、顯示器等)的通用的編程的計(jì)算機(jī)23與CADS\CAM系統(tǒng)28和CNC控制器耦合，并存取軟件程序30。[0048]參考圖2，切割工具22繞對(duì)應(yīng)于機(jī)床主軸(未示出)的軸線41旋轉(zhuǎn)40，所述主軸在所描述的實(shí)施例中是圖1所示的機(jī)械加工中心20的直角XYZ坐標(biāo)系38中的Z軸。機(jī)械加工中心20沿工具路徑48移動(dòng)切割工具22，所述工具路徑48由CAD/CAM系統(tǒng)28生成并由CNC控制器26控制。切割工具22在X-Y平面中具有由機(jī)械加工中心20控制的徑向切割深度44。在所示的示例中，徑向切割深度44是完全的溝槽切口，其中切割工具22與工件24具有最大的徑向接合。機(jī)械加工中心20在X-Y平面中沿工具路徑48在工件24上移動(dòng)切割工具22。切割工具22具有軸向切割深度46，該軸向切割深度46由CAD/CAM系統(tǒng)28確定并由CNC控制器26控制。
[0049]圖3描述了具有工件區(qū)域25的典型的工件24，所述工件區(qū)域25要求粗機(jī)械加工。工件區(qū)域25由切割區(qū)域邊界50限定，并且可以包含一個(gè)或更多的狹窄區(qū)域56。如在本說明書中使用的，“狹窄區(qū)域”包含但不限于緊湊空間、小區(qū)域、拐角、通道或切割區(qū)域邊界50內(nèi)的其他狹窄部分。根據(jù)所公開的實(shí)施例，工件區(qū)域25可以使用自適應(yīng)工具路徑策略進(jìn)行粗機(jī)械加工，所述自適應(yīng)工具路徑策略尤其是最優(yōu)化待機(jī)械加工的所述區(qū)域25的形狀。如下文將會(huì)詳細(xì)討論的，這種最優(yōu)化是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:計(jì)算待粗機(jī)械加工的區(qū)域25的中軸骨架曲線，在工件24中切割預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽，并生成最優(yōu)化的自適應(yīng)工具路徑，其基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽的幾何構(gòu)形，并且被用于完成粗機(jī)械加工處理。通過這種方式的最優(yōu)化自適應(yīng)工具路徑，可以明顯減少與在狹窄區(qū)域56中的切割工具22的加速和減速相關(guān)聯(lián)的無用功。
[0050]現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向圖4，該圖描述了一組中軸骨架曲線68，其是針對(duì)由圖3中所示的切割區(qū)域邊界50限定的工件區(qū)域25的形狀而計(jì)算的。中軸骨架曲線68包含一組內(nèi)部曲線68a、68b、68c和一系列外部對(duì)角線骨架曲線68d。中軸骨架曲線68通過CAD/CAM系統(tǒng)28使用計(jì)算機(jī)23 (圖1)和MAT34計(jì)算。MAT34可以包含任意合適的通?？捎玫腗AT算法，例如但不限于自動(dòng)細(xì)化一組生成的中軸曲線的縮放的中軸變換。通常，中軸變換是用于提取多邊形形狀的數(shù)學(xué)方法，有時(shí)被稱為尋找其骨架的一種處理，并且所述中軸有時(shí)被稱為形狀的拓?fù)涔羌?。形狀的中軸是在形狀的邊界上具有多于一個(gè)最近點(diǎn)的所有點(diǎn)的集合。在二維空間中，平面曲線S的中軸是與曲線S正切并且具有兩個(gè)或更多點(diǎn)的圓的圓心的軌跡，其中所有這些圓都包含在S中。換一種方式說，所述中軸曲線是容納在切割區(qū)域邊界50內(nèi)且不在其他圓內(nèi)的所有這些圓的圓心的軌跡。
[0051]圖4顯示了區(qū)域25的中軸變換的最初結(jié)果，所述區(qū)域25由切割區(qū)域邊界50限定，并代表了可以在作為用戶界面32 (圖1) 一部分的計(jì)算機(jī)屏幕(未示出)上顯示給使用者的圖像。因?yàn)榭赡懿槐匾蛘卟荒苡行У厥褂糜芍休S變換獲得的所有中軸曲線，所以中軸曲線68可以被細(xì)化，也就是通過選擇處理減少數(shù)量，在選擇處理中，最有用或最實(shí)用的曲線被選擇，并且剩余的曲線被忽略或“取消選定”。該選擇處理可以由CAD/CAM系統(tǒng)28自動(dòng)執(zhí)行，或者由用戶向CAD/CAM系統(tǒng)28提供合適的選擇指令而半自動(dòng)地執(zhí)行。在本示例中，CAD/CAM系統(tǒng)或用戶可以例如取消選定外部的對(duì)角線曲線68d，顯示器中的結(jié)果類似于圖5中所示，其中骨架曲線68已經(jīng)被細(xì)化為大致位于中心的骨架曲線68a和兩個(gè)外部骨架曲線68b，68c。
[0052]現(xiàn)在參考圖6，使用圖5所示的細(xì)化的中軸骨架曲線68的定位，CAD/CAM系統(tǒng)28(圖1)生成預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽工具路徑75。切割工具22遵從預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑75以在工件24中切割預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72，預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72基本遵從細(xì)化的中軸骨架曲線68。參考圖7-9，切割預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72開始于切割工具22在工件24中切割圓形凹槽70，圓形凹槽70位于圖5中所示的細(xì)化的中軸骨架曲線68的一端的中心。然后，如圖8所示，切割工具22繼續(xù)切割溝槽72的全長(zhǎng)，在細(xì)化的中軸骨架曲線68的另一端中心的第二圓形凹槽70 (圖9)中結(jié)束。取決于希望的溝槽72的最終軸向深度，可能需要切割工具22多次通過工件24，其中每次通過都去除一層材料。溝槽72可以被切割到工件24被粗機(jī)械加工的最終軸向深度，或者可替換地，當(dāng)工件24的剩余部分被如下所述地粗機(jī)械加工時(shí)，溝槽72的連續(xù)層可以被機(jī)械加工。
[0053]現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向圖10，該圖描述了最優(yōu)化的自適應(yīng)工具路徑76，自適應(yīng)工具路徑76由CAD/CAM系統(tǒng)28基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72的幾何構(gòu)形生成。切割工具22從預(yù)粗機(jī)械加工溝槽72內(nèi)側(cè)的開始位置78開始粗機(jī)械加工處理。然后切割工具22以圍繞溝槽72的基本平滑的曲線在寬度上移動(dòng)，形成向外的螺旋圖案。工具路徑76在工件24的狹窄區(qū)域56內(nèi)基本連續(xù)，并且既不要求反轉(zhuǎn)切割工具22的行進(jìn)方向，也不要求切割工具22明顯的減速和加速。
[0054]現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向圖11，該圖概括地描述了使用自適應(yīng)工具路徑技術(shù)機(jī)械加工工件24的方法的步驟，所述自適應(yīng)工具路徑技術(shù)如前所述地通過使用中軸變換被最優(yōu)化。從步驟80開始，選擇待機(jī)械加工的工件24的區(qū)域25，所述區(qū)域25是切割區(qū)域邊界50。在步驟82中，計(jì)算針對(duì)選擇的區(qū)域25的至少一條骨架曲線68。在步驟84中，預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72在工件24中基本沿計(jì)算的骨架曲線68被機(jī)械加工。在步驟86中，基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72的幾何構(gòu)形生成工具路徑76。在步驟88中，切割工具22沿最優(yōu)化的工具路徑76移動(dòng)，以便將工件24粗機(jī)械加工到期望的軸向深度。
[0055]圖12描述了圖11顯示的方法的額外細(xì)節(jié)。開始于步驟90，生成NC (數(shù)字控制)操作，所述NC操作可以包含選擇數(shù)字化描述待機(jī)械加工的工件24的CAD文檔，并生成CNC程序以執(zhí)行機(jī)械加工操作。在步驟92中，切割區(qū)域邊界50被選擇以用于限定將被粗機(jī)械加工的區(qū)域25。切割區(qū)域邊界50可以被選擇，例如，以便其排除已被粗機(jī)械加工的工件24的區(qū)域。步驟92中的所述選擇處理可以由用戶執(zhí)行，或者在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)執(zhí)行。
[0056]在步驟96中，針對(duì)在步驟94中選擇的切割區(qū)域邊界50計(jì)算中軸骨架曲線，并且在步驟98中，計(jì)算的中軸骨架曲線可以在顯示屏上顯示給使用者。在步驟100中，在步驟96中計(jì)算并在步驟98中顯示的中軸骨架曲線被選擇以用于預(yù)粗機(jī)械加工操作，在所述預(yù)粗機(jī)械加工操作中生成第一組預(yù)粗機(jī)械加工的工具路徑數(shù)據(jù)，其用于機(jī)械加工預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72。步驟100中的選擇處理可以由用戶執(zhí)行，或者由計(jì)算機(jī)23自動(dòng)執(zhí)行。在步驟100中，計(jì)算的骨架曲線被細(xì)化為期望的集合。在步驟102中，第二組粗機(jī)械加工的工具路徑數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)23自動(dòng)生成，所述第二組粗機(jī)械加工的工具路徑數(shù)據(jù)限定用于生成預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72的工具路徑。最終，在步驟104中，最優(yōu)化的自適應(yīng)工具路徑76由計(jì)算機(jī)23基于預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽72的幾何構(gòu)形和在步驟94中選擇的切割區(qū)域邊界50生成。在步驟104中最優(yōu)化的自適應(yīng)工具路徑76生成之后，工件24可以被粗機(jī)械加工。
[0057]本公開的實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)使用在各種潛在的應(yīng)用中，尤其是在交通運(yùn)輸行業(yè)，包括例如航空、海運(yùn)、汽車應(yīng)用及要求機(jī)械加工的工件的其他應(yīng)用。因此，現(xiàn)在參考圖13和圖14，公開的實(shí)施例可以被用于圖13中所示的飛行器制造和維護(hù)方法106和圖14所示的飛行器108的背景中。所公開的實(shí)施例的飛行器應(yīng)用可以包含例如但不限于機(jī)械加工任意多種固體材料的零件和組件，尤其是例如鋁和鈦等金屬。在預(yù)生產(chǎn)期間，示例性方法106可以包含飛行器108的規(guī)格及設(shè)計(jì)110以及材料采購(gòu)112。在生產(chǎn)過程中，進(jìn)行飛行器108的組件和子配件制造114以及系統(tǒng)集成116。此后，飛行器108可以經(jīng)歷檢驗(yàn)和交付118以便投入使用120。在由顧客使用時(shí)，飛行器108定期進(jìn)行日常維修和維護(hù)122，其還可以包含改進(jìn)、重新配置、翻新等等。
[0058]方法106的每一個(gè)處理均可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或操作者(例如，顧客)來執(zhí)行或完成。為了本說明書的目的，系統(tǒng)集成商可以包含但不限于任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)承包商；第三方可以包含但不限于任意數(shù)量的銷售商、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；并且操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、服務(wù)組織等等。
[0059]如圖14所示，由示例性方法106生產(chǎn)的飛行器108可以包含機(jī)身124，所述機(jī)身124具有多個(gè)系統(tǒng)126和內(nèi)部128。高級(jí)系統(tǒng)126的示例包含一個(gè)或更多的推進(jìn)系統(tǒng)130、電氣系統(tǒng)132、液壓系統(tǒng)134和環(huán)境系統(tǒng)136。還可以包含任意數(shù)量的其它系統(tǒng)。雖然顯不的是航空示例，但本公開的原理還可以應(yīng)用于其它產(chǎn)業(yè)，例如船舶工業(yè)和汽車工業(yè)。
[0060]本文呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可在生產(chǎn)和維護(hù)方法106中的任何一個(gè)或更多的階段中使用。例如，對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)處理102的組件或子配件可以與飛行器108在使用中時(shí)生產(chǎn)的組件或子配件類似的方式被生產(chǎn)或制造。并且，一種或更多的設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合可以在生產(chǎn)階段114和116中被利用，例如，通過充分加快飛行器108的組裝或降低飛行器108的成本。同樣的，一個(gè)或更多的設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合可以在飛行器108投入使用時(shí)被利用，例如但不限于，在維修和維護(hù)122中使用。
[0061]不同的說明性實(shí)施例的描述被提供以用于說明和描述的目的，并且不意圖窮舉或限制為所公開的實(shí)施例的形式。許多修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。而且，與其他說明性實(shí)施例相比較，不同的說明性實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)勢(shì)。選擇的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例被選擇和描述以便最好地解釋實(shí)施例的原理及實(shí)際應(yīng)用，并使本領(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解具有適于預(yù)期的特定用途的各種改進(jìn)的各種實(shí)施例的公開。
【權(quán)利要求】
1.一種使用數(shù)控機(jī)床粗機(jī)械加工工件(24)的區(qū)域的方法，所述區(qū)域具有形狀，所述方法包含: 選擇邊界(50)，所述邊界限定將被機(jī)械加工的所述工件(24)的所述區(qū)域的所述形狀； 確定所述形狀的中軸； 使用所述中軸生成第一組工具路徑數(shù)據(jù)以便引導(dǎo)切割工具(22)的移動(dòng)； 使用所述第一組工具路徑數(shù)據(jù)在所述工件(24)中機(jī)械加工預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)，所述預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)具有幾何構(gòu)形； 基于所述預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)的所述幾何構(gòu)形生成第二組工具路徑數(shù)據(jù)；以及 使用所述第二組工具路徑數(shù)據(jù)粗機(jī)械加工所述工件(24 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述形狀的所述中軸是使用計(jì)算機(jī)實(shí)施的中軸變換算法(34)執(zhí)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其中確定所述中軸包括生成代表所述形狀的多條曲線(68)，并且然后通過取消選定所述多條曲線(68)中的至少一些而細(xì)化所述多條曲線(68)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中取消選定所述多條曲線(68)中的至少一些是使用編程的計(jì)算機(jī)(23)自動(dòng)執(zhí)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中取消選定所述多條曲線(68)中的至少一些包括: 向人視覺地呈現(xiàn)所述多條曲線(68)，以及 由人執(zhí)行所述取消選定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中生成所述第二組工具路徑數(shù)據(jù)是使用自適應(yīng)工具路徑算法執(zhí)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述中軸變換算法(34)包含縮放的中軸變換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中粗機(jī)械加工所述工件(24)開始于將所述切割工具(22)定位在所述預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)內(nèi)，并從所述預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)以大致平滑的曲線向外螺旋移動(dòng)所述切割工具(22)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中生成所述第二組工具路徑數(shù)據(jù)包含選擇從所述預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)向外螺旋前進(jìn)的工具路徑圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中粗機(jī)械加工包含從所述預(yù)粗機(jī)械加工的溝槽(72)向外螺旋地移動(dòng)所述切割工具(22)。
【文檔編號(hào)】G05B19/4097GK103543696SQ201310287490
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】J·L·柏林, P·L·弗里曼 申請(qǐng)人:波音公司