五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)及其數(shù)值控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種數(shù)值控制系統(tǒng)及其數(shù)值控制方法，特別是有關(guān)于一種五軸加 工數(shù)值控制系統(tǒng)與其數(shù)值控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的加工水平日漸升高，汽車業(yè)、半導(dǎo)體制造工業(yè)、電子工業(yè)， 航天工業(yè)和各類模具制造業(yè)等，因應(yīng)產(chǎn)品美觀與功能需求的連續(xù)曲面造型日益普遍，產(chǎn)品 外型也日趨復(fù)雜化與多樣化，因此，在精度、效率、復(fù)雜曲面的加工需求下，具有高效率、高 加工精度與高表面加工質(zhì)量的五軸加工技術(shù)顯得日益重要。
[0003] 五軸加工切削方式可分為端就與側(cè)就兩種，端就是利用刀具的刀尖進(jìn)行材料移 除，側(cè)就則是利用刀具的刀刃進(jìn)行材料移除，而目前五軸加工技術(shù)為根據(jù)原始加工幾何形 狀透過(guò)五軸加工路徑規(guī)劃方法所規(guī)劃出來(lái)的刀具姿態(tài)與加工路徑，故其加工質(zhì)量取決于五 軸加工路徑的規(guī)劃方法，當(dāng)規(guī)劃方法不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候，加工質(zhì)量隨之下降。
[0004] 另一方面，根據(jù)加工產(chǎn)品的幾何形狀選擇適當(dāng)?shù)穆窂揭?guī)劃方法難度相當(dāng)高，通常 W既有方式加工后的成品，其成品外觀常呈銀齒狀或是凹凸不平，即非平滑面，然五軸加工 的加工程序數(shù)據(jù)量龐大，修正加工程序需耗費(fèi)大量時(shí)間，并且修正加工程序的好壞取決于 用戶的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，而使得五軸加工程序的使用口坎高，故如何將用戶所規(guī)劃的五軸加工 路徑的加工程序達(dá)到加工路徑平滑化、降低用戶修正加工程序所需耗費(fèi)的時(shí)間及降低五軸 加工程序的使用口坎W提升加工質(zhì)量，為目前所需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決【背景技術(shù)】所述的問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種五軸加工數(shù)值控 制系統(tǒng)，藉由五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)的運(yùn)算單元，可將用戶所規(guī)劃的五軸加工路徑的加工 程序達(dá)到加工路徑平滑化，并且用戶無(wú)須將加工程序大幅修改，也無(wú)須將加工程序中大量 的數(shù)據(jù)逐一檢查異常處，W達(dá)到降低用戶修正加工程序所需耗費(fèi)的時(shí)間、降低五軸加工程 序的使用口坎及提升加工品質(zhì)的目的。
[0006] 根據(jù)上述目的，本發(fā)明主要目的在于提供一種五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)，包括數(shù)值 控制裝置及加工裝置，數(shù)值控制裝置電性連接于加工裝置，加工裝置具有刀具、Η個(gè)幾何軸 及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，刀具電性連接于幾何軸與旋轉(zhuǎn)軸，刀具于幾何軸上移動(dòng)且于旋轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)， 其特征在于：數(shù)值控制裝置包括：用戶界面，其接收包含有多個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的加工程序，每 一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)包含多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸命令與多個(gè)幾何軸命令，加工數(shù)據(jù)點(diǎn)形成第一曲線，用戶 界面輸出加工數(shù)據(jù)點(diǎn)與第一曲線；運(yùn)算單元，電性連接于用戶界面，且接收用戶界面所輸出 的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)與第一曲線，并依據(jù)每一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸命令決定刀具矢量，并計(jì)算 垂直于所有二個(gè)相鄰的刀具矢量的法矢量，并判斷法矢量之間的夾角是否大于默認(rèn)值，再 根據(jù)幾何軸命令的移動(dòng)量線性比例地調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸命令，并將加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾何軸命令嵌合 為第二曲線，將位于第一曲線的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)W垂直投影的方式找出位于第二曲線的多個(gè)對(duì) 應(yīng)點(diǎn)，計(jì)算對(duì)應(yīng)點(diǎn)的起始點(diǎn)至每一個(gè)其他對(duì)應(yīng)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度，并形成多個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)，每 一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)位于第二曲線上，每一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)包含曲線長(zhǎng)度與第一及第二旋轉(zhuǎn) 軸命令，每一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度與第一旋轉(zhuǎn)軸命令形成第一矢量點(diǎn)，每一個(gè)新加 工數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度與第二旋轉(zhuǎn)軸命令形成第二矢量點(diǎn)，第一矢量點(diǎn)形成第Η曲線，第二 矢量點(diǎn)形成第四曲線，利用第二曲線、第Η曲線及第四曲線插值計(jì)算出多個(gè)新旋轉(zhuǎn)軸命令 與多個(gè)新幾何軸命令，運(yùn)算單元輸出新旋轉(zhuǎn)軸命令與新幾何軸命令；及控制模塊，電性連接 至運(yùn)算單元，且接收運(yùn)算單元輸出的新旋轉(zhuǎn)軸命令與新幾何軸命令，用W控制旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng) 刀具的旋轉(zhuǎn)及幾何軸帶動(dòng)刀具的移動(dòng)。
[0007] 所述的五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)，其中運(yùn)算單元包括：計(jì)算模塊，電性連接于用戶 界面，且接收用戶界面所輸出的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)與第一曲線，并決定刀具矢量，W及計(jì)算垂直于 所有二個(gè)相鄰的刀具矢量的法矢量，并輸出加工數(shù)據(jù)點(diǎn)、法矢量及第一曲線，計(jì)算模塊更計(jì) 算對(duì)應(yīng)點(diǎn)的起始點(diǎn)至每一個(gè)其他對(duì)應(yīng)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度，并形成位于第二曲線上的多個(gè)新加工 數(shù)據(jù)點(diǎn)，W及將每一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度與第一旋轉(zhuǎn)軸命令形成第一矢量點(diǎn)，將每 一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度與第二旋轉(zhuǎn)軸命令形成第二矢量點(diǎn)，計(jì)算模塊輸出第二曲 線、第一矢量點(diǎn)及第二矢量點(diǎn)；判斷模塊，電性連接于計(jì)算模塊，且接收自計(jì)算模塊輸出的 法矢量與加工數(shù)據(jù)點(diǎn)，并判斷法矢量之間的夾角是否大于默認(rèn)值，輸出加工數(shù)據(jù)點(diǎn)；調(diào)整模 塊，電性連接于判斷模塊，且接收加工數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)幾何軸命令的移動(dòng)量線性比例地調(diào)整加 工數(shù)據(jù)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸命令，并輸出經(jīng)調(diào)整后的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)；嵌合模塊，電性連接于調(diào)整模塊與 計(jì)算模塊，且接收經(jīng)調(diào)整后的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)及自計(jì)算模塊輸出的第一曲線，將每一個(gè)加工數(shù) 據(jù)點(diǎn)嵌合為第二曲線，將位于第一曲線的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)W垂直投影的方式找出位于第二曲線 的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，將對(duì)應(yīng)點(diǎn)與第二曲線輸出至計(jì)算模塊，并接收自計(jì)算模塊輸出的第二曲線、第一 矢量點(diǎn)及第二矢量點(diǎn)，并將第一矢量點(diǎn)與第二矢量點(diǎn)分別形成第Η曲線與第四曲線，并輸 出第二曲線、第Η曲線及第四曲線；及插值計(jì)算模塊，電性連接至嵌合模塊與控制模塊，其 接收自嵌合模塊輸出的第二曲線、第Η曲線及第四曲線，并利用第二曲線、第Η曲線及第四 曲線插值計(jì)算出新旋轉(zhuǎn)軸命令與新幾何軸命令，輸出新旋轉(zhuǎn)軸命令與新幾何軸命令至控制 申吳塊。
[0008] 所述的五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)，其中將每一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)嵌合為第二曲線、第Η 曲線及第四曲線的方式為優(yōu)化算法。
[0009] 所述的五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)，其中優(yōu)化算法為最小平方誤差算法、最小曲率變 化算法及最小誤差算法其中之一。
[0010] 根據(jù)上述目的，本發(fā)明主要目的在于提供一種五軸加工數(shù)值控制方法，用W控制 加工裝置的二旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)刀具的旋轉(zhuǎn)及Η幾何軸帶動(dòng)刀具的移動(dòng)，方法包括下列步驟：接 收包含多個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的加工程序，每一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)包含多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸命令與多個(gè)幾何軸 命令，加工數(shù)據(jù)點(diǎn)形成第一曲線；依據(jù)每一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸命令決定刀具矢量，刀具 矢量的數(shù)量等于加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量；計(jì)算垂直于所有二個(gè)相鄰的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的刀具矢量的 法矢量；判斷法矢量之間的夾角是否大于默認(rèn)值；根據(jù)幾何軸命令的移動(dòng)量線性比例地調(diào) 整旋轉(zhuǎn)軸命令；將每一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)嵌合為第二曲線；將位于第一曲線的加工數(shù)據(jù)點(diǎn)W垂 直投影的方式找出位于第二曲線的多個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)；計(jì)算對(duì)應(yīng)點(diǎn)的起始點(diǎn)至每一個(gè)其他對(duì)應(yīng)點(diǎn) 的曲線長(zhǎng)度，并形成多個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)，每一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)位于第二曲線上，每一個(gè)新加 工數(shù)據(jù)點(diǎn)包含曲線長(zhǎng)度與第一旋轉(zhuǎn)軸命令及第二旋轉(zhuǎn)軸命令；將每一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲 線長(zhǎng)度與第一旋轉(zhuǎn)軸命令形成第一矢量點(diǎn)，將每一個(gè)新加工數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線長(zhǎng)度與第二旋轉(zhuǎn) 軸命令形成第二矢量點(diǎn)；將第一矢量點(diǎn)形成第Η曲線；將第二矢量點(diǎn)形成第四曲線；及利 用第二曲線、第Η曲線及第四曲線插值計(jì)算出多個(gè)新旋轉(zhuǎn)軸命令與多個(gè)新幾何軸命令。
[0011] 所述的五軸加工數(shù)值控制方法，其特征在于，判斷法矢量之間的夾角是否大于默 認(rèn)值的方法進(jìn)一步包含：判斷法矢量其中之二個(gè)法矢量的夾角是否大于一倍默認(rèn)值；及判 斷是否有另一個(gè)法矢量；其中，當(dāng)法矢量其中之二個(gè)法矢量的夾角大于一倍的默認(rèn)值并且 判斷有另一個(gè)法矢量時(shí)，則判斷多個(gè)法矢量的第一個(gè)法矢量與最后一個(gè)法矢量的夾角是否 大于數(shù)倍的默認(rèn)值；W及其中，當(dāng)判斷法矢量其中之二個(gè)法矢量的夾角小于一倍默認(rèn)值并 且判斷有另一個(gè)法矢量時(shí)，則判斷另外二個(gè)法矢量的夾角是否大于一倍的默認(rèn)值。
[0012] 所述的五軸加工數(shù)值控制方法，其特征在于，將每一個(gè)加工數(shù)據(jù)點(diǎn)嵌合為第二曲 線的方式是利用優(yōu)化算法達(dá)成。
[0013] 所述的五軸加工數(shù)值控制方法，其特征在于，優(yōu)化算法為最小平方誤差算法、最小 曲率變化算法及最小誤差算法其中之一。
[0014] 經(jīng)上述可知藉由本發(fā)明的五軸加工數(shù)值控制系統(tǒng)，達(dá)到降低用戶修正加工程序所 需耗費(fèi)的時(shí)間、降低五軸加工程序的使用口坎及