本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分來對工件進行加工的方法。

具體地，本發(fā)明涉及一種用于在數(shù)控機床上通過去屑工具對工件進行加工的方法，其中，工具沿著工具路徑(例如通過一系列支撐點而形成的線)相對于工件移動，其中在工具的轉(zhuǎn)動期間產(chǎn)生的包圍體基本上包括對工件進行加工時與工件的表面在接觸點處的點接觸。

使用球面加工工具的銑削方法通常用于產(chǎn)生例如用于產(chǎn)生合成材料部件的模具中的自由形狀表面。在工件的表面與通過工具轉(zhuǎn)動的方式產(chǎn)生的包圍體之間只有一個點接觸。為了提供具有特定測量值和表面質(zhì)量的工件表面，通常使工具在要產(chǎn)生的工件上沿線移動，所述線在各個線或工具路徑之間具有小的間隔，其中始終保持點接觸。在使加工機床從一支撐點移動至另一支撐點的銑削程序中，通過一系列支撐點來描述工具路徑。工具路徑被編程為越靠近并且在工具路徑內(nèi)提供的用以描述該工具路徑的支撐點越多，則加工就越精確，因此，表面質(zhì)量將越好。

不幸的是，即使在現(xiàn)代cam系統(tǒng)(編程系統(tǒng))的情況下，各個支撐點的位置也不總是精確的。在預定的公差范圍內(nèi)，支撐點有時太靠近或遠離工件的所要產(chǎn)生的期望表面。這導致了要產(chǎn)生的工件的不準確性和表面質(zhì)量的降低。而且，各個工具路徑內(nèi)的支撐點的分布通常是不利的。特別地，相鄰工具路徑中的支撐點的數(shù)量的變化可以相當大。

用于控制加工機床的cnc控制器在銑削程序中僅具有支撐點作為信息，以便對工具路徑的路線進行插補。如果區(qū)域中的支撐點的數(shù)量明顯不同或者如果所述支撐點不是根據(jù)所使用的算法精確計算得到的，則插補的偏差是有可能的，并且所述偏差轉(zhuǎn)而對表面質(zhì)量和測量準確度具有負面影響。

為了計算具有許多且特別精確的點的高度準確的銑削程序，編程系統(tǒng)中的計算需要相應高的支出。數(shù)控程序的計算需要很長時間。這是不期望的，并且通常認為，程序是以更近似的公差計算得到的，并且相應地降低了工件的質(zhì)量。

本發(fā)明的目的是提供一種介紹中提到的類型的方法，所述方法在簡單的結(jié)構(gòu)和簡單的成本有效的可用性以及短加工時間的情況下確保高水平的表面質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明，通過結(jié)合主權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)該目的，從屬權(quán)利要求進一步示出本發(fā)明的有利實施例。

根據(jù)本發(fā)明，因此提出，將與支撐點有關的數(shù)據(jù)(所述數(shù)據(jù)被提供用于使工具沿著工具路徑移動)和與要產(chǎn)生的工件有關的表面數(shù)據(jù)進行比較，并且在適當情況下，校正支撐點的位置，從而校正工具沿著工具路徑的移動路徑。因此在工件的構(gòu)造表面(表面數(shù)據(jù))與加工程序中的支撐點之間進行比較。精細地校正加工程序的各個支撐點從而在工具與工件之間產(chǎn)生數(shù)學上精確的接觸點，并且消除計算工具路徑的cam系統(tǒng)的不準確性。

根據(jù)本發(fā)明，隨后關于通過各個支撐點限定的移動路徑的距離是否與要產(chǎn)生的工件的表面幾何形狀精確匹配來檢查在球面工具與要產(chǎn)生的工件的期望表面平行的情況下定位的工具的移動路徑。考慮到的是，轉(zhuǎn)動工具通過其切削程序來形成包圍體，并且所述包圍體的接觸點是相對于要產(chǎn)生的工件的期望表面而設定的。根據(jù)本發(fā)明，因此關于在cam系統(tǒng)中通過加工程序(例如，銑削程序)而計算出的移動路徑在其相對于要產(chǎn)生的工件的期望表面的整個長度上是否包括正確的距離來執(zhí)行檢查。通過本發(fā)明，然后可以通過機床的cnc控制器來校正移動路徑的位置。

如果除了與支撐點有關的數(shù)據(jù)之外還確定了與包圍體的相應接觸點有關的數(shù)據(jù)，并且沿著或平行于接觸點中的表面法線校正了與支撐點有關的數(shù)據(jù)，則是特別有利的。通過使支撐點移位或者通過沿著表面法線校正所述支撐點相對于要產(chǎn)生的工件的期望表面的距離來確保移動路徑的確切距離，從而確保工具的確切定位，以便產(chǎn)生精確的接觸點。在球面或半球面工具的情況下，如果支撐點描述了工具的中心點路徑(工具球面的中心點)，則沿著表面法線進行校正。如果支撐點描述了工具尖端的路徑，或者在非球面工具(換句話說，例如拋物面或復曲面(toric)工具)的情況下(其中未沿著表面法線校正支撐點)，由于接觸點的表面法線未同時延伸通過支撐點，因此通常平行于表面法線來進行所述校正。

此外，根據(jù)本發(fā)明，如果沿著線或移動路徑添加至少一個附加支撐點，并且首先在兩個支撐點的連線上預先確定與所述支撐點有關的數(shù)據(jù)，隨后參考根據(jù)本發(fā)明的方法中的表面數(shù)據(jù)校正該數(shù)據(jù)，則可以是有利的。

以類似的方式，可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法來添加首先參考與支撐點相鄰的工具路徑進行預先確定、然后使用表面數(shù)據(jù)進行校正的附加工具路徑。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，如果通過cam系統(tǒng)來設定與銑削程序的原始支撐點有關的數(shù)據(jù)，同時通過機床的cnc控制器來校正與支撐點有關的數(shù)據(jù)，則是特別有利的。因此，優(yōu)化了編程系統(tǒng)中的計算時間，從而加快了對工件進行加工的工作準備。

根據(jù)本發(fā)明的工具可以包括不同的形狀：其可以是例如具有半球面端部區(qū)域的銑床，或者其可以包括拋物面、復曲面或另一種工具幾何形狀。

根據(jù)本發(fā)明，因此提出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，加工機床的cnc控制器不僅接收cam系統(tǒng)所計算的銑削程序作為輸入信息，而且還接收表面數(shù)據(jù)，即與要產(chǎn)生的工件相關的幾何信息(與工件有關的三維表面數(shù)據(jù))，借助于該幾何信息，編程系統(tǒng)計算出銑削程序。這種類型的表面數(shù)據(jù)能夠以例如step格式的許多標準化格式發(fā)送。借助于來自與要產(chǎn)生的工件有關的表面數(shù)據(jù)的附加信息，控制器可以在每個支撐點的加工程序期間關于是否在足夠精確的程度上計算出所述點的位置來執(zhí)行檢查。為此，對于銑削程序的每個支撐點，關于所述支撐點是否相對于要產(chǎn)生的工件的期望表面精確定位而進行計算，換句話說，關于工具與要產(chǎn)生的工件的期望表面的數(shù)學上精確的接觸點實際上是否發(fā)生在銑削程序中所提供的支撐點的位置處或者是否有必要校正支撐點(因為所述支撐點在縱向上或平行于表面法線遠離或朝向表面略微移位)而進行計算。

除了沿著或平行于表面法線的上述校正，除計算與各個支撐點有關的接觸點之外還確定由與要產(chǎn)生的工件有關的表面數(shù)據(jù)產(chǎn)生的其它信息也可以是特別有利的。該信息例如為工件在接觸點處的期望表面的切線方向以及所產(chǎn)生的工具路徑的切線方向和/或工件在相應接觸點中的期望表面的曲率?？梢詮闹写_定針對各個支撐點的工具路徑的切線方向和曲率。在球面工具的情況下，例如通過使工件在工具路徑方向上的期望表面的半徑與工具的半徑相加來產(chǎn)生針對凸面情況下的支撐點的工具路徑的曲率半徑。cam系統(tǒng)的加工程序首先計算提供多邊形線從而提供多邊形工具路徑的一系列支撐點。通過基于以數(shù)學上精確的方試確定的接觸點來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的校正，可以調(diào)整工件的期望表面的這種多邊形路徑。這通過根據(jù)本發(fā)明來精細地校正支撐點的位置來執(zhí)行。同時，可以根據(jù)本發(fā)明來確定所產(chǎn)生的、與工件在相應接觸點中的期望表面有關的數(shù)據(jù)。這特別地涉及路徑的切線方向和路徑的曲率。工具路徑的方向必須在每個接觸點中或者在每個支撐點中相對于工件的期望表面而沿切線方向延伸，以便正確地產(chǎn)生工件的期望表面。除了路徑的方向之外，還可以計算相應支撐點中或者分配給支撐點的接觸點中的工具路徑的曲率。這些附加值用于以盡可能精確地產(chǎn)生工件的期望表面的方式來校正通過cad/cam程序原始計算出的工具路徑的多邊形。因此，在每種情況下，延伸通過根據(jù)本發(fā)明校正的支撐點的工具路徑的路線在球面工具的情況下形成工具的等距中心點路徑，使得所述中心點產(chǎn)生了如接觸點所指定的工件的期望表面，在這個范圍內(nèi)，cam系統(tǒng)所輸出的支撐點描述了工具的中心點路徑。通常還通過cam系統(tǒng)輸出球面工具的工具路徑的支撐點，所述支撐點描述了工具尖端的工具路徑，換句話說，工具的最低點。然而，在這種情況下，支撐點僅具有相對于中心點路徑的一個偏移，其中該偏移與工具半徑相對應。

在其它工具幾何形狀(例如復曲面工具)的情況下，工具中心點與接觸點之間的距離根據(jù)接觸點在工具上的位置而改變。而且，在加工平面作為特例的情況下，工具與工件之間可能發(fā)生圓形接觸區(qū)來代替接觸點。然而，在這種情況下，也可以類似地使用該方法，只是針對各個支撐點，不是計算接觸點，而是計算接觸面(在這種情況下為圓)。

由于cam系統(tǒng)在銑削程序中正確地計算了支撐點的近似位置，所以通過cnc控制器對支撐點的位置進行的必要校正很小，并且可以使用合適的算法來可靠地確定工具在針對每個支撐點所產(chǎn)生的工件的期望表面上的正確接觸點。為此，如果工具不與工件接觸，則確定工具到工件的期望表面的距離。通過距離的計算產(chǎn)生相對于期望表面的距離法線，該距離法線描述了工具與期望表面之間的最短距離。隨后，工具的支撐點以在所需要的范圍內(nèi)產(chǎn)生工具的數(shù)學上精確的接觸點的方式沿著距離法線移位。如果工具的位置太靠近工件的期望表面，則工具和工件的期望表面彼此穿透。產(chǎn)生描述工具和工件的期望表面的相交的環(huán)形相交線。由于支撐點在銑削程序中僅略微錯誤，所以環(huán)形相交線的直徑特別小。距離法線可以在工件的期望表面上的環(huán)形切削線的中心找到，并且工具路徑的支撐點在距離法線的方向上移位，或者與該方向平行地移位很遠，以至于工具仍在一個接觸點處與工件的期望表面接觸。

該方法不僅適用于精細地校正所述銑削程序的支撐點的位置的目的。如果區(qū)域或整個銑削程序中的支撐點的距離相對較大，則還可以在已經(jīng)存在于銑削程序中的支撐點之間計算附加支撐點。為此，首先在銑削程序的兩個支撐點之間的直接連線上確定一個或多個輔助點。然后根據(jù)上述方法，參考表面數(shù)據(jù)并因此參考銑削程序中的高準確度的附加支撐點來精細地校正這些輔助點的位置。

根據(jù)相同的原理，整個工具路徑可被添加到銑削程序中。根據(jù)de10343785，將工具路徑添加到銑削程序中基本上是已知的。相比之下，可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法，不僅參考銑削程序中已經(jīng)存在的相鄰線還參考被呈現(xiàn)用于計算其相對于要產(chǎn)生的工件的期望表面的距離的表面數(shù)據(jù)來為所添加的工具路徑插補支撐點。

由于cnc控制器在加工程序期間總是知道工具相對于期望表面數(shù)據(jù)的位置，因此所述cnc控制器還可以在特定部位(例如，諸如邊緣的奇點)處添加附加的支撐點，或者由于外形的幾何形狀同時是通過許多單獨的彼此相鄰的部分表面來描述的，所述cnc控制器可以在一個部分表面到下一個部分表面的過渡處添加附加的支撐點。因此，如果改進了銑削程序中的工具路徑的路線，換句話說，使得所述路線更精確，則可以根據(jù)工件的期望表面的局部幾何形狀來添加支撐點。可以不僅對于附加支撐點的位置而且還對于確定一個部分表面到下一個部分表面的過渡處的切線方向或曲率來改進加工結(jié)果。

因此，該方法使得cam系統(tǒng)中的銑削程序能夠以相對近似的公差進行計算，然后使用所述公差進行高準確度的加工。因此，在cam系統(tǒng)與cnc控制器之間產(chǎn)生更改后的任務分配。cam系統(tǒng)參考預定策略近似地設定加工程序的工具路徑，并確保在根據(jù)預定程序進行加工時機床中不會發(fā)生碰撞。cnc控制器參考原始表面數(shù)據(jù)(幾何形狀)提供了針對高準確度的加工程序所要產(chǎn)生的形狀。

本發(fā)明不限于球面銑削工具。還可以使用拋物面、復曲面或其它工具幾何形狀。

下文參考與附圖有關的典型實施例來描述本發(fā)明。在附圖中：

圖1圖示了要加工的工件的示意圖，該示意圖示出工具移動所沿的工具路徑，

圖2圖示了通過校正將工具的移動路徑分配到工件的期望表面的示意圖，以及

圖3圖示了與圖2類似的視圖，以便示出添加附加的支撐點。

圖1圖示了使用球面工具進行加工的工件的示意圖。該工具中心點m的中心點路徑被描述用于加工程序中的加工過程，并且如圖1中所示，所述工具中心點m確保工具在工件的表面上沿線形路徑移動。在與工件有關的幾何數(shù)據(jù)(形狀)中，包含工件的期望表面，作為自由形狀表面數(shù)據(jù)。該幾何信息可以作為文件以例如step的標準格式發(fā)送至控制器。而且，對于加工過程，數(shù)控程序被發(fā)送至控制器，并且所述數(shù)控程序通過一系列支撐點來描述球面工具相對于形狀的線形工具路徑。

圖2被圖示為工具路徑相對于要產(chǎn)生的工件的期望表面的截面的2d視圖，該2d視圖示出中心點路徑的支撐點n-1、n、n+1和n+2。球面工具被稱為支撐點n的包圍體。很明顯，支撐點已被計算為非?？拷a(chǎn)生的工件的期望表面，并且當接近支撐點n時，工具會損壞工件，換句話說，會去除太多的材料。借助于與要產(chǎn)生的工件有關的幾何數(shù)據(jù)，可以計算支撐點n到工件的期望表面的最短距離。工具路徑的支撐點n包括最短距離處的期望表面的點同時是描述工件的期望表面和支撐點n之間的最短距離的法線的基點。在計算表面法線之后，表面點n能夠在圖示的情況下以遠離工件的期望表面這樣一種方式沿著該表面法線移位，直到正接近移位的新支撐點nk的工具僅在表面法線的基點處與工件的期望表面接觸。工具針對移位的新支撐點nk的位置由虛線所示。針對支撐點n+1，位置反向。支撐點距要產(chǎn)生的工件的期望表面太遠并且必須通過根據(jù)本發(fā)明的方法而移動到更靠近所述期望表面，以便針對虛線所表示的工具而產(chǎn)生新的校正后的支撐點n+1k。

圖3同樣圖示了針對支撐點n-1、n、n+1和n+2的工具路徑的2d視圖。已經(jīng)精確地計算了支撐點n和n+1，使得在每種情況下正接近這些支撐點的工具僅在一個點處與工件的期望表面接觸。由于支撐點n和n+1相對遠離彼此，所以在n和n+1之間的工具路徑的連線上添加輔助點h1和h2。顯然，由于工件的凸形期望表面，工具在輔助點h1和h2處會過于靠近工件的期望表面，并因此會損壞所述工件。因此，利用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以以如下的這樣一種方式來校正輔助點h1和h2的位置：所述輔助點變?yōu)楣ぞ呗窂街械木_支撐點。為此，所述支撐點在繪制的法線矢量的方向上略微移位。工件的加工過程因此更加精確。

參考標記的列表：

1工件

2工具

3工具路徑

4包圍體

5表面

6接觸點

7表面法線

8連線

m中心點

n支撐點