蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法及装置与流程

本发明涉及计算机辅助制造技术领域，具体涉及一种蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法及装置。

背景技术：

蒙皮镜像铣削加工技术使用立式夹持框架从周边对蒙皮进行固定，采用一面铣削加工、一面动态局部支撑的方式，具有产品一致性高、自动化程度高、无需专用工装、加工精度高、无污染物排放等特点。

在成形误差和装夹误差的影响下，蒙皮实际外形与理论外形存在一定的偏差，需要在镜像铣削加工前对蒙皮外形进行测量并调整下陷加工型面。此时如果按照理论的刀具轨迹进行加工，则会出现加工特征过切、欠切、位置不准确等问题，严重时导致蒙皮零件报废，甚至存在较大碰撞机床的风险。因此，需要针对实际的加工特征生成新的刀具轨迹。

目前，实际加工特征的刀具轨迹生成可通过cam软件重新规划，也可依靠工程人员对理论刀具轨迹进行手动调整。然而，上述方法存在自动化程度低、质量不稳定等问题。

技术实现要素：

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法及装置。

具体地，本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法，包括：

在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整。

进一步地，所述在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整，具体包括：

s1、在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中提取下陷理论加工型面和实际加工型面；

s2、提取理论刀具轨迹文件中当前刀位点的刀具中心点o和刀具矢量nt；

s3、提取理论刀具轨迹文件中下一刀位点的刀具中心点o1；

s4、结合刀具外形，计算刀具与理论加工型面的切触点p及其曲面参数u、v；

s5、计算理论加工型面上p的曲面参数方向单位切失pu、pv和单位法失n；

s6、以pu为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系tcs；

s7、根据pu、pv和n，得到切平面pl；

s8、计算点o到点o1的矢量，记为刀具运动方向；

s9、计算刀具运动方向到切平面pl的投影单位矢量，记为e1；

s10、以e1为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs，y轴记为e2；

s11、计算e1与坐标系tcs的x、y轴的角度βx、βy；

s12、计算nt在坐标系ccs的e1e2平面的投影nt¹²；

s13、计算nt与nt¹²的夹角，记为前倾角α；

s14、计算nt¹²与e1的夹角，记为侧偏角θ；

s15、计算实际加工型面在曲面参数u、v下的点r、单位切失ru、rv和单位法失n'；

s16、计算切触点的切平面pl'；

s17、根据βx、βy和n'，确定单位矢量e1'；

s18、以e1'为x轴、n'为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs'，y轴记为e2'；

s19、根据α和θ，在ccs'下确定刀矢nt'；

s20、计算n'与nt'的叉乘ntt'；

s21、计算ntt'与n'的叉乘r；

s22、根据点r的位置、刀具圆角半径、刀具直径、刀具法失n'，以及，ntt'与n'的叉乘r，确定刀具中心点o'的位置，并以o'为刀具中心点、n'为刀具法失，记录刀具刀位点；

s23、以r为起点、n'为方向，作射线l；

s24、计算l与蒙皮凸面的交点s，以s为顶撑中心点、-n'为顶撑法失，记录顶撑刀位点；

s25、重复步骤s2，直到遍历完刀具轨迹文件。

进一步地，所述根据点r的位置、刀具圆角半径、刀具直径、刀具法失n'，以及，ntt'与n'的叉乘r，确定刀具中心点o'的位置，具体包括：

其中，radius为刀具圆角半径，diameter为刀具直径。

进一步地，所述刀具的形式包括平底刀、环形刀和球刀。

进一步地，所述蒙皮镜像铣削加工的类型包括单曲加工蒙皮加工和双曲蒙皮加工。

进一步地，所述方法基于任意cad/cam平台实现，或，基于独立编写算法实现。

第二方面，本发明实施例提供了一种蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整装置，包括：

自适应调整模块，用于在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整。

进一步地，所述自适应调整模块，具体用于执行下面处理过程：

s1、提取下陷理论加工型面和实际加工型面；

s2、提取理论刀具轨迹文件中当前刀位点的刀具中心点o和刀具矢量nt；

s3、提取理论刀具轨迹文件中下一刀位点的刀具中心点o1；

s4、结合刀具外形，计算刀具与理论加工型面的切触点p及其曲面参数u、v；

s5、计算理论加工型面上p的曲面参数方向单位切失pu、pv和单位法失n；

s6、以pu为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系tcs；

s7、根据pu、pv和n，得到切平面pl；

s8、计算点o到点o1的矢量，记为刀具运动方向；

s9、计算刀具运动方向到切平面pl的投影单位矢量，记为e1；

s10、以e1为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs，y轴记为e2；

s11、计算e1与坐标系tcs的x、y轴的角度βx、βy；

s12、计算nt在坐标系ccs的e1e2平面的投影nt¹²；

s13、计算nt与nt¹²的夹角，记为前倾角α；

s14、计算nt¹²与e1的夹角，记为侧偏角θ；

s15、计算实际加工型面在曲面参数u、v下的点r、单位切失ru、rv和单位法失n'；

s16、计算切触点的切平面pl'；

s17、根据βx、βy和n'，确定单位矢量e1'；

s18、以e1'为x轴、n'为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs'，y轴记为e2'；

s19、根据α和θ，在ccs'下确定刀矢nt'；

s20、计算n'与nt'的叉乘ntt'；

s21、计算ntt'与n'的叉乘r；

s22、根据点r的位置、刀具圆角半径、刀具直径、刀具法失n'，以及，ntt'与n'的叉乘r，确定刀具中心点o'的位置，并以o'为刀具中心点、n'为刀具法失，记录刀具刀位点；

s23、以r为起点、n'为方向，作射线l；

s24、计算l与蒙皮凸面的交点s，以s为顶撑中心点、-n'为顶撑法失，记录顶撑刀位点；

s25、重复步骤s2，直到遍历完刀具轨迹文件。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法及装置，根据理论加工型面和实际加工型面、以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行调整，自动化程度高、计算效率高、稳定性强，可有效降低工程人员手工生成或修改刀具轨迹的工作量，实现加工过程的自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的理论刀具轨迹文件中某一刀位点与理论加工型面的的形位关系示意图；

图3是本发明一实施例提供的理论刀位点下tcs坐标系示意图；

图4是本发明一实施例提供的理论刀位点下ccs坐标系示意图；

图5是本发明一实施例提供的实际刀位点下ccs'坐标系示意图；

图6是本发明一实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整装置的结构示意图；

图7是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法，主要解决在成形和装夹误差下蒙皮实际外形与理论外形存偏差，从而导致的下陷加工特征过切、欠切、位置不准确等问题。本实施例充分利用理论和实际加工型面及其刀具轨迹的空间对应关系，实现了刀具轨迹调整的自动化，有效降低了工程人员手工生成或修改刀具轨迹的工作量，提高了蒙皮镜像铣削加工过程的自动化程度。

图1示出了本发明一实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法，具体包括如下内容：

步骤101：在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整。

在本实施例中，充分利用了理论和实际加工型面及其刀具轨迹的空间对应关系，实现了刀具轨迹的自动化调整，从而解决了目前需要工程人员对理论刀具轨迹进行手动调整或在cam平台下重新规划刀具轨迹的复杂处理过程，本实施例借助理论加工型面和实际加工型面对应关系以及理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，采用数学计算方法自动对理论刀具轨迹实现相应的调整，从而在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中实现了刀具轨迹的自动化调整。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法，根据理论加工型面和实际加工型面、以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行调整，自动化程度高、计算效率高、稳定性强，可有效降低工程人员手工生成或修改刀具轨迹的工作量，实现加工过程的自动化。由此可见，本实施例充分利用了理论和实际加工型面及其刀具轨迹的空间对应关系，避免了如现有技术那样依靠工程人员对理论刀具轨迹进行手动调整或在cam平台下重新规划刀具轨迹的复杂处理过程，本实施例可以有效提高蒙皮镜像铣削加工过程的自动化程度，在刀具轨迹调整环节实现自动化运行。

进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，参见图2、图3、图4和图5，所述步骤101在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整，具体可通过如下方式实现：

s1、在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中提取下陷理论加工型面和实际加工型面；

s2、如图2-图5所示，提取理论刀具轨迹文件中当前刀位点的刀具中心点o和刀具矢量nt；

s3、提取理论刀具轨迹文件中下一刀位点的刀具中心点o1；

s4、结合刀具外形，计算刀具与理论加工型面的切触点p及其曲面参数u、v；

s5、计算理论加工型面上p的曲面参数方向单位切失pu、pv和单位法失n；

s6、以pu为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系tcs；

s7、根据pu、pv和n，得到切平面pl；

s8、计算点o到点o1的矢量，记为刀具运动方向；

s9、计算刀具运动方向到切平面pl的投影单位矢量，记为e1；

s10、以e1为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs，y轴记为e2；

s11、计算e1与坐标系tcs的x、y轴的角度βx、βy；

s12、计算nt在坐标系ccs的e1e2平面的投影nt¹²；

s13、计算nt与nt¹²的夹角，记为前倾角α；

s14、计算nt¹²与e1的夹角，记为侧偏角θ；

s15、计算实际加工型面在曲面参数u、v下的点r、单位切失ru、rv和单位法失n'；

s16、计算切触点的切平面pl'；

s17、根据βx、βy和n'，确定单位矢量e1'；

s18、以e1'为x轴、n'为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs'，y轴记为e2'；

s19、根据α和θ，在ccs'下确定刀矢nt'；

s20、计算n'与nt'的叉乘ntt'；

s21、计算ntt'与n'的叉乘r；

s22、根据点r的位置、刀具圆角半径、刀具直径、刀具法失n'，以及，ntt'与n'的叉乘r，确定刀具中心点o'的位置，并以o'为刀具中心点、n'为刀具法失，记录刀具刀位点；

s23、以r为起点、n'为方向，作射线l；

s24、计算l与蒙皮凸面的交点s，以s为顶撑中心点、-n'为顶撑法失，记录顶撑刀位点；

s25、重复步骤s2，直到遍历完刀具轨迹文件。

进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述s22中根据点r的位置、刀具圆角半径、刀具直径、刀具法失n'，以及，ntt'与n'的叉乘r，确定刀具中心点o'的位置，具体可通过如下方式实现：

其中，radius为刀具圆角半径，diameter为刀具直径。

进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述刀具的形式包括平底刀、环形刀和球刀，由此可见，本实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法适用于各种形式的刀具，从而普适性较强。

进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述蒙皮镜像铣削加工的类型包括单曲加工蒙皮加工和双曲蒙皮加工，由此可见，本实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法适用于各种复杂蒙皮的加工，因而普适性较强。

进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述方法基于任意cad/cam平台实现，或，基于独立编写算法实现，由此可见，本实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法通用性较强。

根据上面的描述可知，本实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法，可有效提高蒙皮镜像铣削加工过程的自动化程度，在刀具轨迹调整环节实现自动化运行。本实施例充分利用理论和实际加工型面及其刀具轨迹的空间对应关系，避免了如现有技术那样依靠工程人员对理论刀具轨迹进行手动调整或在cam平台下重新规划刀具轨迹的复杂处理过程。此外，本实施例提供的方法适用于单曲/双曲等复杂蒙皮的加工，刀具形式可覆盖平底刀、环形刀和球刀，应用范围广泛。此外，本实施例提供的方法可在任意cad/cam平台实现，也可通过独立编写算法实现，通用性较强。

图6示出了本发明一实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整装置的结构示意图，如图6所示，本发明实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整装置，包括：

自适应调整模块21，用于在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整。

进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述自适应调整模块21，具体用于执行下面处理过程：

s1、提取下陷理论加工型面和实际加工型面；

s2、提取理论刀具轨迹文件中当前刀位点的刀具中心点o和刀具矢量nt；

s3、提取理论刀具轨迹文件中下一刀位点的刀具中心点o1；

s4、结合刀具外形，计算刀具与理论加工型面的切触点p及其曲面参数u、v；

s5、计算理论加工型面上p的曲面参数方向单位切失pu、pv和单位法失n；

s6、以pu为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系tcs；

s7、根据pu、pv和n，得到切平面pl；

s8、计算点o到点o1的矢量，记为刀具运动方向；

s9、计算刀具运动方向到切平面pl的投影单位矢量，记为e1；

s10、以e1为x轴、n为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs，y轴记为e2；

s11、计算e1与坐标系tcs的x、y轴的角度βx、βy；

s12、计算nt在坐标系ccs的e1e2平面的投影nt¹²；

s13、计算nt与nt¹²的夹角，记为前倾角α；

s14、计算nt¹²与e1的夹角，记为侧偏角θ；

s15、计算实际加工型面在曲面参数u、v下的点r、单位切失ru、rv和单位法失n'；

s16、计算切触点的切平面pl'；

s17、根据βx、βy和n'，确定单位矢量e1'；

s18、以e1'为x轴、n'为z轴，建立笛卡尔坐标系ccs'，y轴记为e2'；

s19、根据α和θ，在ccs'下确定刀矢nt'；

s20、计算n'与nt'的叉乘ntt'；

s21、计算ntt'与n'的叉乘r；

s22、根据点r的位置、刀具圆角半径、刀具直径、刀具法失n'，以及，ntt'与n'的叉乘r，确定刀具中心点o'的位置，并以o'为刀具中心点、n'为刀具法失，记录刀具刀位点；

s23、以r为起点、n'为方向，作射线l；

s24、计算l与蒙皮凸面的交点s，以s为顶撑中心点、-n'为顶撑法失，记录顶撑刀位点；

s25、重复步骤s2，直到遍历完刀具轨迹文件。

由于本实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整装置，可以用于执行上述实施例提供的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法，其工作原理和有益效果类似，此处不再详述。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种电子设备，参见图7，所述电子设备具体包括如下内容：处理器301、存储器302、通信接口303和通信总线304；

其中，所述处理器301、存储器302、通信接口303通过所述通信总线304完成相互间的通信；所述通信接口303用于实现各设备之间的信息传输；

所述处理器301用于调用所述存储器302中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：在蒙皮镜像铣削加工刀具过程中根据理论加工型面和实际加工型面对应关系，以及，理论刀具轨迹与理论加工面的形位对应关系，自动对理论刀具轨迹进行自适应调整。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的蒙皮镜像铣削加工刀具轨迹自适应调整方法。

此外，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。