保温杯抛光机加工路径的实现方法与流程

本发明涉及抛光加工方法，特别涉及一种应用于保温杯杯体的抛光加工方法。

背景技术：

目前，在保温杯生产中，保温杯的外形抛光大部分还是靠人工完成。抛光车间环境非常恶劣，粉尘大、噪音大，易造成操作人员得职业病，例如尘肺。急需专业人员设计专门的设备替代人工作业。

保温杯设备厂家也看好该设备的前景，近年来，一直也有业内人在努力开发这方面的设备，制造出各种各样的抛光设备，能完成一些外形简单的保温杯抛光(如直线外形的保温杯)。但对一些曲面的保温杯，一直没设计出可真正实用的机器。保温杯设备厂家也尝试过使用数控系统，根据保温杯外形曲线图形成cnc加工代码的方式来实现，但遇到下述难题。

根据抛光工艺要求，用标准的cam软件形成的数控加工路径代码无法准确的描述砂轮的加工位姿，如砂轮的偏转等，是没办法对保温杯进行抛光的。因此，有人想出描点的方法，将弧形部分根据砂轮的加工位置，一个一个地描点，计算出加工路径，形成cnc加工代码。当碰到复杂的保温杯时，形成可用的cnc代码时间要1～2天，而且需要一定专业基础的人员才能完成，因此根本没办法让设备变成正常产品推广。而且，由于保温杯是薄壁产品，在前面的加工工序中易造成变形，特别是瓶口部分。根据图纸描点计算形成的cnc代码很难在现场直接使用，经常会出现烧焦情况，使保温杯加工报废。

如上所述，现有技术中保温杯抛光加工存在自动化程度低、报废品高、编程复杂、编程耗时长、适用形状单一等相关技术问题。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种保温杯抛光机加工路径的实现方法，在保温杯抛光加工中能够减少人工操作提高劳动保护，提升自动化率并增加优良品率，专门设备编程要简单且耗时少，专门设备能够适用于各种形状保温杯的抛光加工情形，拥有较好的人机互动。

为了达到上述目的，本发明提供了如下方法。

示范工件的待加工面为回转面。

保温杯抛光机加工路径的实现方法，包括以下步骤：

s1：将该示范工件夹持在该抛光机上，该示范工件的轴线与该抛光机的旋转主轴重合，该旋转主轴的一夹持部装夹固定该示范工件的一端部，该旋转主轴的一定位部靠抵该示范工件的另一端面，确定该示范工件在该抛光加工机数控加工系统的基础坐标系中的位置；

s2：获取该示范工件的曲面特征，利用投影法确定该示范工件的一条母线；

s3：对该母线进行平面参数规划，将该母线划分成n段依次排列的首尾相连的特征线段，该特征线段分别生成特征点，再由该特征点依序还原为连续的加工路线；

s4：根据抛光加工速度，将该连续的加工路线离散化为抛光切削点；

s5：进行自动化抛光工作，该抛光机的旋转主轴旋转，带动该示范工件旋转，根据步骤s4生成的抛光切削点，该抛光机的抛光刀具自适应地x轴进给、y轴进给，并对应每个抛光切削点生成该抛光刀具的偏转或该示范工件的偏转，完成抛光加工路径的调试，将示范工件位置、所有切削点的抛光刀具x轴进给量、y轴进给量和对应每个抛光切削点生成该抛光刀具的偏转角度或该示范工件的偏转角度存储为该示范工件的加工路径。

优选地，该特征线段为直线段或圆弧线段。

优选地，通过该旋转主轴的水平面为xoy平面，主轴轴线方向为x轴，设定坐标原点o，根据右手规则确定y轴，建立xoy坐标系，确定该xoy坐标系在该抛光加工机数控加工系统的基础坐标系中的位置。

在该xoy坐标系中：该n段特征线段的第m段的加工线路方程为fm(x，y)＝0，离散化后的该加工线路方程的坐标(x，y)为抛光切削点。

在该xoy坐标系中：第k段为直线段，该第k段直线段的特征点为端点k1(xk1，yk1)和端点k2(xk2，yk2)，建立数学模型，还原该第k段直线段的加工路线方程为隐函数fk(x，y)＝0：

x介于xk1和xk2之间。

在该xoy坐标系中：第j段为圆弧线段，该第j段圆弧线段的特征点为端点j1(xj1，yj1)、端点j2(xj2，yj2)和中点j3(xj3，yj3)，该第j段圆弧线段的圆心为(a，b)、半径为r，建立数学模型，还原该第j段圆弧线段的加工路线方程为隐函数fj(x，y)＝0：

(x-a)²+(y-b)²-r²＝0，x介于xj1和xj2之间，y包含yj1、yj2和yj3，

且a、b和r为方程组

的解。

m、k、j为小于或等于n的正整数，且k≠j。

优选地，该抛光机还包括示教器，用来向数控加工程序录制特征点；该示教器包括操控界面，特征线段选择模块，特征点采集模块，手轮或轴移动按键。

该步骤s3包括以下步骤：

s31：生成特征点的方法为，在该示教器的操控界面选择录制数控加工程序，依次地在该特征线段选择模块选择对应型号线段，依次选择特征点，操作该手轮或轴移动按键，使该抛光刀具在该特征点处相切地对准该示范工件，记录保存该特征点、该示范工件和该抛光刀具坐标数据和姿态参数。

优选地，不同精细等级的该抛光刀具组成该抛光机的抛光刀具库，该示范工件的加工路径对应一个示范刀具，进行抛光工作时，每个该抛光刀具均对应一个六自由度位姿参数和系统形状参数值。

该步骤s5包括以下步骤，s51：数控加工程序中设定抛光刀具的选择，数控加工系统根据设定从抛光刀具库中选择出抛光刀具，并从数控加工系统中调用该选择出的抛光刀具的六自由度位姿参数和系统形状参数值，与数控加工系统中存储的加工路线匹配，根据每个抛光刀具对应的抛光加工速度，将该连续的加工路线离散化为抛光切削点，自适应的生成抛光刀具和示范工件之间的相对运动，将所有示范工件位置，刀具选择，以及对于每个抛光刀具的刀具转速、示范工件转速、所有切削点的抛光刀具x轴进给量、y轴进给量和对应每个抛光切削点生成该抛光刀具的偏转角度或该示范工件的偏转角度，存储为该示范工件的数控加工程序。

优选地，该抛光机还包括示教器，用来向数控加工系统录制刀具特征参数；该示教器包括操控界面，刀具特征录制模块，手轮或轴移动按键。

通过以下方法获得每个抛光刀具对应的该六自由度位姿参数和系统形状参数值：将对刀试件安装到该抛光机上，在对刀试件上选择一对刀点，选择刀具特征录制模块，操作手轮或轴移动按键，将每个抛光刀具的刀具特征点在该对刀点处相切该对刀试件，记录保存在该对刀点处每个抛光刀具的坐标，由此获得数控抛光加工所需要的每个抛光刀具的六自由度位姿参数和系统形状参数值。

优选地，该实现方法用以批量抛光加工量产工件；该量产工件与该示范工件形状相同。该实现方法还包括步骤s6：将量产工件装夹至该抛光机的旋转主轴，该量产工件的主轴与该抛光机主轴重合，旋转主轴的该夹持部装夹固定该量产工件的一端部，旋转主轴的该定位部靠抵该量产工件的另一端面，用以压持和定位该量产工件；步骤s5中存储的该示范工件的加工路径，通过量产工件位置与示范工件位置的坐标变换，实现量产工件的抛光加工。

优选地，该实现方法用以批量抛光加工量产工件；该量产工件与该示范工件形状相同；该量产工件加工工艺与该示范工件加工工艺相同。该实现方法还包括步骤s6：将量产工件装夹至该抛光机的旋转主轴，该量产工件的主轴与该抛光机主轴重合，旋转主轴的该夹持部装夹固定该量产工件的一端部，旋转主轴的该定位部靠抵该量产工件的另一端面，用以压持和定位该量产工件；步骤s51中存储的该示范工件的数控加工程序，通过量产工件位置与示范工件位置的坐标变换，实现量产工件的抛光加工。

优选地，旋转主轴的该定位部为一气压顶缸，该抛光机的夹持部装夹固定该示范工件或该量产工件，该气压顶缸顶压该示范工件或该量产工件，用以确定该示范工件或该量产工件的位置。

优选地，该抛光刀具为砂轮，在加工该示范工件边缘用该砂轮的边缘进行抛光，加工该示范工件的中间部分用该砂轮的圆周面进行抛光。

所述步骤s5中该抛光刀具的偏转或该示范工件的偏转实现采用砂轮边缘或圆周面进行抛光。

与现有技术相比，本发明公开的保温杯抛光机加工路径的实现方法具有以下有益效果：在实际应用中通过示教一二十个点就可以将整个杯体的外形描述出来，降低了编制杯体抛光加工程序的难度，缩短编程时间，并且能够提升抛光均匀度，避免出现烧焦的情况。一次示教后，保存生成的数控加工程序可以用来抛光加工相同母线的保温杯。减少人工抛光的作业，实现批量化生产，提高了生产效率，避免了劳动者职业病的环境暴露，并减少人工作业的导致的未抛光点产生。该抛光机适合多种形状的保温杯的加工，抛光机的柔性高。

附图说明

图1为本发明的保温杯抛光机加工路径的实现方法的流程图。

图2为本发明一实施例保温杯的截面图。

图3为本发明该实施例截面图的特征点示意图。

图4为本发明中直线段特征点坐标示意图。

图5为本发明中圆弧段特征点坐标示意图。

图6为本发明中示教器的一种录制界面图。

图7为本发明中砂轮的加工位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

大部分保温杯杯体表面为回转面，回转面是母线绕轴线旋转而成的曲面，根据此特性，确定好该回转面的轴线和母线能完整的还原出该回转面。抛光刀具通常也是回转体(基本上是圆柱体)。在一实施例中，如图1所示，展示了一种保温杯抛光机加工路径的实现方法，主要包括如下步骤：第一步s1：首先将轴线固定好，抛光机有夹持工件并能使工件旋转的夹持部，保证回转面的轴线和抛光机的旋转主轴重合；第二步s2：再将该回转面的母线确定好，一般选择其中一条母线即可，高度方向上回转轴线的高度z可以定义为0，过轴线的水平面为xoy平面，工件向xoy平面的投影轮廓曲线即为回转面的一条母线；第三步s3：在xoy平面上对该母线进行平面参数规划，如图2和图3所示，一般情况下保温杯杯体表面的母线设计为n段线段组成，各条线段为曲线段或直线段，通常情况下曲线段为圆弧段，或者可以近似用圆弧段拟合曲线段，在平面几何中两端点可以确定一条直线段，两端点和一中间点(特别的为中点)可以确定一条圆弧段，据此根据采集到的每段线段的特征点还原为连续的加工路径；第四步s4：将该连续的加工路径离散化，选定合适的步长，获得离散的抛光切削点；第五步s5：根据切削点的坐标(x和y的值)和切削点的切线方向，获得抛光刀具或者工件的运动姿态，包括刀具的x轴进给、刀具的y轴进给，并且刀具偏转，或者加工机主轴和工件一起偏转，抛光刀具绕自身轴线旋转，加工工件绕抛光机主轴旋转，两者速度差实现对工件的抛光加工。

如图2所示，该保温杯的一端部为螺纹口，是用来拧杯盖的杯口，通常此段需要焊接，因此热变形较大，常作为抛光加工的自由端，通过主轴上的夹持部将该杯口夹持固定住。而另外一端为平面端，是用来放置在桌面上的，通常作为抛光加工的定位平面端，通过主轴上的定位部将该杯底面顶抵住，该抛光机的数控系统能够自动获得该定位部的位置。该回转抛光平面的轴线与抛光机的主轴重合，抛光机的数控系统可以检测到自身主轴的位置，也就是检测到了待抛光加工回转面的轴线位置。

如图4、图5和图6所示，提供了一个优选实施例。因为，一般连续曲线可以用圆弧线段拟合，在第三步s3中，提供一种特殊的特征线段划分方式，将母线依次划分n段特征线段，该特征线段为直线段(第k段)或圆弧线段(第j段)，一般的圆弧弧度小于π/4，相应的直线段特征点为端点k1(xk1，yk1)和端点k2(xk2，yk2)，相应的圆弧线段特征点为端点j1(xj1，yj1)、端点j2(xj2，yj2)和中点j3(xj3，yj3)，获得到每一段线段的特征点后再还原出该段线段的路径方程fk(x，y)＝0或fj(x，y)＝0，按f1(x，y)＝0、f2(x，y)＝0、……、fn(x，y)＝0的顺序依次连接起来。

如图6所示，展示了一种采用示教器的操作界面。

使用示教器录制特征点信息时，通常包括以下步骤。

根据图纸，以保温杯杯底为基准，通过目测或借助尺子，将特征点标注出来。用手轮或轴移动按键操控保温杯或刀具的运动。

在示教器录制界面上，选择录制加工路径，选择起点，第1段线段的特性，假设该段为直线段，扩展界面——特征点选择界面上，选择端点11，刀具与该端点11轻触相切，选择端点12，刀具与该端点12轻触相切，点击直线后生成该直线段。

再选择第2段线段，假设该段为圆弧线段，扩展界面上选择端点21，刀具与该端点21轻触相切，选择端点22，刀具与该端点22轻触相切，选择中点23，刀具与该端点23轻触相切，点击圆弧后生成该圆弧段。

最后，生成的加工曲线可以展示给编程人员，可视化的、选择性的让编程人员修正其中的错误。

对每段特征线段都要完成线段型号的选择、线段特征点的选择、线段特征点的采集、与其他线段分隔(也就是本线段的记录工作完成，或者也称为本线段的记录工作持续操作区间)等步骤的工作，这些步骤的顺序在一般情况下是没有太大差别的，具体的来说，三点决定一段圆弧，三点的顺序重要性不大。前述两段线段的采集描述并不用来限定操作顺序，该示教界面编程系统的柔性高，步骤顺序要求低，基本是可视化、采集特征式的编程系统。

完成n段线段的示教。

同时录制程序记录每个特征点刀具偏转角度值，系统的加工路径生成程序也自动校正该刀具偏转角度值。

一般的n不大于10，特征点不超过30个点。

如图7所示，在抛光保温杯的瓶口和瓶尾(边缘、短程、变化急剧)时采用砂轮的两个边缘进行抛光；在抛光保温杯的中间部分(变化平缓)的抛光采用砂轮的圆周面进行抛光。由加工程序生成的砂轮的偏转实现了砂轮用边缘或是圆周面抛光。

在对保温杯进行抛光工作时，通常需要进行多次不同精度等级的抛光加工，因此需要采用不同的抛光刀具，也就是不同粗细的砂轮进行多次抛光工作，这一系列的砂轮组成了该抛光机的抛光刀具库。抛光机的编程系统界面上还可以设置抛光刀具选择按钮，在该编程系统存储的基础数据中，录制了每个刀具的基础参数，比如形状参数和调用该刀具后该刀具的六自由度的位姿参数(相对于该抛光机的基础坐标系)。在进行抛光工作时，抛光机的刀具选择执行机构自动的选择所需要的抛光刀具，并从系统中调取该抛光刀具的基础参数，与存储的母线连续路线相匹配，自适应的生成抛光刀具和工件之间的相对运动。从而，实现了不同精度等级的抛光加工。

不同抛光刀具的基础参数的录制也可以采用示教器的方法进行录制。在同一个对刀试件上的同一对刀点处，不同的抛光刀具去相切抵靠该对刀试件，会获得该抛光刀具在该对刀点的基础参数。该对刀试件为一圆柱形试棒，当然，对刀试件也可以是一个示范工件。如果抛光刀具是砂轮，一般选择采用砂轮圆周面上一条母线的中点去相切该对刀点。通常，抛光刀具库会选择相同直径和厚度的砂轮，便于编程人员录入边缘抛光所需参数。

对于不同形状的保温杯，示范刀具需要录制所有特征点的参数。每个该抛光刀具基础参数可以与示范刀具的基础参数相比较，系统根据坐标变换原理，自动的生成对于该示范工件的每个抛光刀具的路径，结合抛光数控加工编程系统中对抛光刀具选择顺序的设定，能够形成自动加工程序。通过这样的方式，不同的刀具进行抛光加工，就只要示教一个对刀点就可以实现该刀具的加工路径的生成了。

编程结束后进行试加工，修正错误后，进行批量生产。相同形状的保温杯只要调取抛光机数控加工系统中存储的母线的加工路径或加工程序，量产的保温杯的定位为保温杯的轴线和保温杯母线上的一特征点。通过装夹工具，诸如三爪卡盘自动定心等装置，保温杯装夹时与抛光机主轴同轴。该装夹上抛光机的量产保温杯在抛光机数控加工系统的固定坐标系中位置，与编写存储数控加工程序时数据采集对象——示范保温杯在固定坐标系中位置相比较，通过坐标变换，可以直接获得每一个保温杯的数控加工路径。如果有不同精度等级的抛光加工，该量产保温杯的抛光加工路径也依次重复变换不同抛光刀具的抛光加工程序。

一般情况下，量产保温杯的加工过程中，到抛光程序时，一方面保温杯也经过了修正，另一方面抛光对精度等级要求不高，并且可以进行简单的调整(易于对刀观测的保温杯母线上的某一特征点位置)，因此，保温杯在轴向上的位置基本上是固定的，对于同一批的保温杯来说，该顶杆端面的位置基本保持不变。

不同的加工精度，选择不同的轴向进给速度，选择不同的抛光刀具和待加工工件速度差，也就形成了不同步长的离散化。在可视化编程界面上，也有输入轴向进给速度、抛光刀具速度、待加工工件速度的界面，实现连续的路线离散化为抛光切削点。

因为工件的待加工面是回转体，所以在加工过程中抛光刀具和工件在平面上的相对运动(即x向的平动、y向的平动、绕z向某竖直轴的转动三自由度)就可以解决该抛光加工的三维空间问题，大大降低了数控编程的复杂程度。对于每个自由度，通常会将抛光刀具或工件设为相对基础坐标系固定。

以上所述为本发明的较佳实施例，不应以此限制本发明。凡依本发明权利要求所作的等同替换或修饰，均属于本发明保护的范围。