本發(fā)明涉及一種用于機加工的方法和系統(tǒng)，更具體地，涉及一種使用工具對工件進(jìn)行機加工的方法以及使用該方法的機器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代機加工中，越來越多的工件容易具有自由曲面或邊界，這對處理帶來了大量的挑戰(zhàn)。在大多數(shù)應(yīng)用中，例如在去毛刺、側(cè)面機加工中，機加工工具的頂端為回轉(zhuǎn)形狀，并且通常使用不同高度下的不同半徑，如圖1所示。

通常，將機加工工具的固定點或固定部分編程為在機加工過程中沿著整個工具路徑工作。這意味著接觸點是固定的，不可用于定制。為了針對特定路徑改變機加工工具上的接觸點，用戶必須手動地修改所述點，這在效率和精度方面都很低。另外，對于機加工過程中的進(jìn)給率，盡管其與具有不同接觸直徑的工具上的接觸點有關(guān)，但用戶必須對其單獨指定。

因此，在機加工過程中使用工具上的默認(rèn)的固定接觸點可能會導(dǎo)致以下問題。

首先，機加工效率低。通常，機加工效率與工具直徑成比例。刀具直徑越大，則能夠?qū)崿F(xiàn)越高的機加工效率。在沒有碰撞的情況下，用戶更喜歡在機加工過程中使用盡可能大的接觸直徑，因為他們希望定制工具上的接觸點，以實現(xiàn)更高的機加工效率。相對而言，使用固定接觸點將帶來較低的機加工效率

其次，在通過離線編程產(chǎn)生的正常路徑中，機加工工具和工件之間可能存在鑿擊(gouge)或碰撞。在一些情況下，如圖2所示，沿著路徑可能存在極大的曲率變化。然后，機加工工具將在工具接觸點的半徑(rtool)大于工件的半徑(rpart)的點處對工件進(jìn)行鑿擊。而在一些其他情況下，如圖3所示，可能存在路徑下方的障礙物，從而將在路徑的一些部分中存在碰撞。

為了解決上述問題，本領(lǐng)域需要開發(fā)一種用工具對工件進(jìn)行機加工的改進(jìn)的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的新穎的方法和系統(tǒng)，以及使用所述方法的機器人系統(tǒng)，以提高機加工效率和精度。利用該解決方案，可以實現(xiàn)較高的機加工效率，并且可以避免碰撞。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的方法，包括：通過設(shè)定機加工工具的接觸點高度在機加工工具上確定定制的接觸點；使機加工工具抵靠工件移動以施加預(yù)定的機加工進(jìn)給。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在虛擬環(huán)境中檢查接觸點高度的可行性，以確保在其機加工路徑中不存在鑿擊或碰撞；如果沒有通過檢查，則調(diào)節(jié)接觸點高度。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，接觸點高度被配置為在一個機加工路徑中能夠變化。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在改變機加工工具的接觸點高度時將機加工工具的進(jìn)給率控制為恒定。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，機加工工具為回轉(zhuǎn)形狀。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，生成機加工工具的默認(rèn)接觸直徑(cddefault)；生成機加工工具的默認(rèn)移動速度(msdefault)；生成機加工工具的主軸的默認(rèn)轉(zhuǎn)速(rsdefault)；根據(jù)定制的接觸點計算實際接觸直徑(cdactual)；修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和/或?qū)嶋H移動速度(msactual)，以保持進(jìn)給率不變。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如果實際移動速度(msactual)保持不變，則將主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)修改為(cddefault/cdactual)*rsdefault。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如果主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)保持不變，則將實際移動速度(msactual)修改為(cddefault-cdactual)*rsdefault)/2+msdefault。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和實際移動速度(msactual)，以滿足以下等式：rsdefault*cddefault/2+msdefault＝rsactual*cdactual/2+msactual。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對工件進(jìn)行機加工的機器人系統(tǒng)，其包括：操縱器；機加工工具；以及控制器，其適于控制所述操縱器以根據(jù)如上所述的方法來操作所述機加工工具。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的系統(tǒng)，其包括：高度確定模塊，其被配置為通過設(shè)定機加工工具的接觸點高度來確定機加工工具上的定制接觸點；工具移動模塊，其被配置為使機加工工具抵靠工件移動以施加預(yù)定的機加工進(jìn)給。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該系統(tǒng)還包括：碰撞檢查模塊，其被配置為在虛擬環(huán)境中檢查接觸點高度的可行性，以確保在其機加工路徑中不存在鑿擊或碰撞；高度調(diào)節(jié)模塊，其被配置為在沒有通過所述檢查的情況下調(diào)節(jié)接觸點高度。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，接觸點高度被配置為在一個機加工路徑中能夠變化。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該系統(tǒng)還包括進(jìn)給率控制模塊，進(jìn)給率控制模塊被配置為在改變機加工工具的接觸點高度時將機加工工具的進(jìn)給率控制恒定。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，機加工工具為回轉(zhuǎn)形狀。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該系統(tǒng)還包括：接觸直徑生成模塊，其被配置為生成機加工工具的默認(rèn)接觸直徑(cddefault)；移動速度生成模塊，其被配置為生成機加工工具的默認(rèn)移動速度(msdefault)；轉(zhuǎn)速生成模塊，其被配置為生成機加工工具的主軸的默認(rèn)轉(zhuǎn)速(rsdefault)；計算模塊，其被配置為根據(jù)定制的接觸點計算實際接觸直徑(cdactual)；修改模塊，其被配置為修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和/或?qū)嶋H移動速度(msactual)，以保持進(jìn)給率不變。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，修改模塊被配置為在實際移動速度(msactual)保持不變的情況下，將主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)修改為(cddefault/cdactual)*rsdefault。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，修改模塊被配置為在主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)保持不變的情況下，將實際移動速度(msactual)修改為(cddefault-cdactual)*rsdefault)/2+msdefault。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，修改模塊被配置為修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和實際移動速度(msactual)，以滿足以下等式：rsdefault*cddefault/2+msdefault＝rsactual*cdactual/2+msactual。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，通過使用柔性接觸點的新解決方案，更具體地，利用自動適應(yīng)進(jìn)給率，本發(fā)明可以實現(xiàn)以下幾個優(yōu)點

通過調(diào)節(jié)接觸高度，本發(fā)明容易提高機加工效率。

本發(fā)明能夠提供更多可用的選項，用于避免路徑上的鑿擊和碰撞，并且能夠?qū)τ跈C加工工具使用不同接觸點。

本發(fā)明能夠提高離線編程效率，并且還能夠提供更靈活的工具路徑和更合理的進(jìn)給率。

本發(fā)明能夠避免工具更換并減少循環(huán)時間。

本發(fā)明能夠提高機加工精度。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，本申請的實施例的其他特征和優(yōu)點也將從以下對特定示例性實施例的描述中被理解，其中附圖通過示例的方式示出了本發(fā)明的原理。

附圖說明

通過參考附圖對在說明書中說明的實施例進(jìn)行詳細(xì)解釋，本公開的上述及其他特征將變得更加顯而易見，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的零件，并且其中：

圖1示出了兩種不同的常規(guī)機加工工具的截面圖；

圖2示出了機加工工具的常規(guī)工具路徑的第一示意圖；

圖3示出了機加工工具的常規(guī)工具路徑的第二示意圖；

圖4示出了根據(jù)本公開的實施例的兩種不同的機加工工具的截面圖；

圖5示出了根據(jù)本公開的第一實施例的通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的示意圖

圖6示出了根據(jù)本公開的第二實施例的通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的示意圖；

圖7示出了根據(jù)本公開的第三實施例的通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的示意圖；

圖8示出了根據(jù)本公開的第四實施例的通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的示意圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的執(zhí)行機加工過程的機器人系統(tǒng)。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖通過實施例詳細(xì)描述本公開提供的解決方案。應(yīng)當(dāng)理解，這些實施例僅僅是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解和實現(xiàn)本公開而提供的，而不是為了以任何方式限制本公開的范圍。

通常，權(quán)利要求書中使用的所有術(shù)語都應(yīng)根據(jù)它們在技術(shù)領(lǐng)域中的普通含義來解釋，除非本文明確地另有定義。所有對“一/一個/該/所述元件、零件、裝置、布置等”的述及都將被開放地解釋為指的是所述元件、設(shè)備、零件、裝置，單元，步驟等的至少一個實例，而不排除多個這樣的設(shè)備、零件、裝置、單元、步驟等，除非明確地另有定義。此外，本文中使用的不定冠詞“一/一個”不排除多個這樣的步驟、單元、模塊、設(shè)備和對象等。

一般而言，本申請的實施例提供了一種用于通過機加工工具對工件進(jìn)行機加工的新的方法和系統(tǒng)。從下面的進(jìn)一步討論顯而易見的是，靈活的接觸點使得用戶能夠根據(jù)實際需要定制機加工工具上的接觸點，從而可以實現(xiàn)高機加工效率，并可以避免鑿擊或碰撞。

貫穿本申請的各種實施例的描述，將省略對一些類似元件的重復(fù)描述。

接下來，將描述通過機加工工具(本公開的第一實施例能夠在該機加工工具中實現(xiàn))對工件進(jìn)行機加工的示例。圖4是能夠應(yīng)用本發(fā)明的兩種不同的機加工工具的截面圖。在機加工過程中，機加工工具抵靠工件相對地移動，以在機加工工具與工件之間施加機加工進(jìn)給。即，機加工工具移動而工件保持靜止，或者工件移動而機加工工具保持靜止。例如，在圖4中能夠看到，該工具的形狀像圓形截頭錐體或橢圓體。在這些情況下，機加工工具為回轉(zhuǎn)形狀。但應(yīng)該指出的是，本公開不限于此。然后，通過使機加工工具圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)來提供主要運動，并且旋轉(zhuǎn)的機加工工具從工件上的接觸點移除材料以產(chǎn)生期望的形狀，例如去毛刺和側(cè)面機加工。進(jìn)給運動通過機加工工具和工件的相對運動來實現(xiàn)。

為了克服上述使用默認(rèn)的固定接觸點的缺點，除了與機加工工具形狀相關(guān)的參數(shù)之外，還可以引入另一參數(shù)(即接觸點高度)來確定工具上的定制接觸點，如圖4所示。當(dāng)針對機加工工具設(shè)定接觸高度時，接觸點被當(dāng)然地確定。然后，離線編程將使用該點與工件接觸并作用在工件上，并使用該點的法線來計算機加工對象的相對姿態(tài)。

利用該解決方案，用戶可以通過設(shè)定機加工工具的接觸點高度來確定機加工工具上的定制接觸點，并且然后使機加工工具抵靠工件移動，以施加預(yù)定的機加工進(jìn)給。

此外，可以在虛擬環(huán)境中檢查接觸點高度的可行性，以確保在其機加工路徑中不存在鑿擊或碰撞；如果沒有通過檢查，則用戶能夠調(diào)節(jié)接觸點高度。

如圖5所示，由于工件邊界的曲率變化大，所以沿著路徑存在極大的曲率變化。使用默認(rèn)的接觸點高度，機加工工具將在工具接觸點的半徑(rtool)大于零件的半徑(rpart)的點處鑿擊工件。當(dāng)設(shè)定了較低的接觸高度時，可以獲得較小的接觸直徑，從而可以消除鑿擊。

另一個示例如圖6所示。障礙物靠近機加工路徑，因此在路徑的一些部分中將存在與默認(rèn)接觸點高度的碰撞。當(dāng)設(shè)定了較低的接觸高度時，可以獲得較小的接觸直徑，從而可以消除與障礙物的碰撞。

根據(jù)用戶的常識，機加工效率與工具直徑成比例。刀具直徑越大，則能夠?qū)崿F(xiàn)越高的機加工效率。在沒有碰撞的情況下，用戶更喜歡在機加工過程中使用盡可能大的接觸直徑，因為他們希望定制設(shè)定一個機加工路徑中的適應(yīng)性接觸點，以實現(xiàn)更高的機加工效率。例如，如圖7和圖8所示，接觸點高度能夠在一個機加工路徑中變化。用戶可以為了特殊目的設(shè)定較低的接觸高度，以避免部分機加工路徑中的鑿擊和碰撞，但沿著路徑的其余部分使用較大的接觸直徑，以實現(xiàn)高機加工效率。

因此，本公開是有利的，因為通過根據(jù)不同的環(huán)境調(diào)節(jié)接觸高度，容易提高機加工的機加工效率。此外，它提供了更多的選擇，用于避免機加工路徑中的鑿擊和碰撞，并且能夠為工具使用不同的接觸點。因此，能夠提高離線編程效率，并使工具路徑更靈活，進(jìn)給率更合理。

此外，還引入自動適應(yīng)進(jìn)給率以更好地解決前述問題。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，自動適應(yīng)進(jìn)給率與接觸點一起引入，并且能夠基于不同的接觸點自動計算適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給率。通過將進(jìn)給率與接觸高度相結(jié)合的這種解決方案，機加工精度比無論接觸高度怎樣都使用相同的進(jìn)給率的情況要好。這也可以減少編程時間，因為用戶不需要手動設(shè)定進(jìn)給率。

在一些實施例中，引入兩個參數(shù)(即移動速度和主軸的轉(zhuǎn)速)以表示兩個進(jìn)給率狀態(tài)，如表1所示。

表1：默認(rèn)接觸直徑和默認(rèn)進(jìn)給率

用戶首先指定基于工具形狀和接觸高度參數(shù)計算的默認(rèn)接觸直徑的默認(rèn)進(jìn)給率，從而獲得默認(rèn)參數(shù)值。

自動適應(yīng)進(jìn)給率的基本思想是，在與工件接觸時保持速度全部相同。一般來說，有三種自動計算進(jìn)給率的策略可用。

第一，如表2所示，用戶能夠保持移動速度不變，而是僅調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速，如表2所示。

表2：保持移動速度

表3：保持主軸的轉(zhuǎn)速

第二，如表3所示，用戶能夠保持主軸的轉(zhuǎn)速不變，而是僅調(diào)節(jié)移動速度，如表3所示。

第三，用戶能夠同時修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和實際移動速度(msactual)，以滿足以下等式：rsdefault*cddefault/2+msdefault＝rsactual*cdactual/2+msactual。

用戶可以使用在過程中具有不同接觸高度(即不同接觸直徑)的工具，然后可以通過如上所述的三種策略自動計算機加工目標(biāo)的進(jìn)給率。

因此，本公開是有利的，因為當(dāng)改變機加工工具的接觸點高度時，用戶可以控制機加工工具的進(jìn)給率使其適應(yīng)性改變或恒定。因此，與主軸的不變的移動速度和不變的轉(zhuǎn)速相比，機加工精度變得更好。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的執(zhí)行機加工過程的機器人系統(tǒng)。機器人系統(tǒng)5包括操縱器500、機加工工具501和控制器502。操縱器500被布置成保持機加工工具501?？刂破?02可以被離線編程為控制操縱器500，以根據(jù)如上所述的方法來操作機加工工具501。

下面將進(jìn)一步討論本申請的另一個實施例。還提供了一種用于控制工件的機加工的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：高度確定模塊，其可以通過設(shè)定機加工工具的接觸點高度來確定機加工工具上的定制接觸點；工具移動模塊，其能夠使機加工工具抵靠工件移動以施加預(yù)定的機加工進(jìn)給。

在一些實施例中，系統(tǒng)還包括：碰撞檢查模塊，其能夠在虛擬環(huán)境中檢查接觸點高度的可行性，以確保在其機加工路徑中不存在鑿擊或碰撞；高度調(diào)節(jié)模塊，其能夠在沒有通過所述檢查的情況下調(diào)節(jié)接觸點高度。

在一些實施例中，接觸點高度能夠在一個機加工路徑中變化。

在一些實施例中，系統(tǒng)還包括：進(jìn)給率控制模塊，進(jìn)給率控制模塊能夠在改變機加工工具的接觸點高度時控制機加工工具的進(jìn)給率恒定。

在一些實施例中，機加工工具為回轉(zhuǎn)形狀。

在一些實施例中，系統(tǒng)還包括：接觸直徑生成模塊，其能夠生成機加工工具的默認(rèn)接觸直徑(cddefault)；移動速度生成模塊，其能夠生成機加工工具的默認(rèn)移動速度(msdefault)；轉(zhuǎn)速生成模塊，其能夠生成機加工工具的主軸的默認(rèn)轉(zhuǎn)速(rsdefault)；計算模塊，其能夠根據(jù)定制的接觸點計算實際接觸直徑(cdactual)；修改模塊，其能夠修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和/或?qū)嶋H移動速度(msactual)，以保持進(jìn)給率不變。

在一些實施例中，修改模塊能夠在實際移動速度(msactual)保持不變的情況下，將主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)修改為(cddefault/cdactual)*rsdefault。

在一些實施例中，修改模塊能夠在主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)保持不變的情況下，將實際移動速度(msactual)修改為(cddefault-cdactual)*rsdefault)/2+msdefault。

在一些實施例中，修改模塊能夠修改主軸的實際轉(zhuǎn)速(rsactual)和實際移動速度(msactual)，以滿足以下等式：rsdefault*cddefault/2+msdefault＝rsactual*cdactual/2+msactual。

應(yīng)當(dāng)理解，如上參照圖4至圖8所描述的特征都適用于所述系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)的零件可以是硬件模塊或軟件單元模塊。例如，在一些實施例中，系統(tǒng)可以部分地或完全地用軟件和/或固件實現(xiàn)，例如，實現(xiàn)為體現(xiàn)在計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品。替代地或另外地，所述系統(tǒng)可以部分地或完全地基于硬件來實現(xiàn)，例如，實現(xiàn)為集成電路(ic)、專用集成電路(asic)、片上系統(tǒng)(soc)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)，等等。本公開的范圍在這方面不受限制。

在上文中，已經(jīng)參照附圖通過實施例詳細(xì)描述了本公開的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書包含許多具體的實施細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為對任何發(fā)明的范圍或所要求保護(hù)的范圍的限制，而是作為對特定發(fā)明的特定實施例特定的特征的描述。在本說明書中在各個實施例的上下文中描述的某些特征也可以在單個實施例中組合實現(xiàn)。相反，在單個實施例的上下文中描述的各種特征也可以分開地或以任何合適的子組合在多個實施例中實現(xiàn)。此外，盡管特征可能在前面被描述為以特定的組合起作用并且甚至最初是這樣要求保護(hù)的，但來自要求保護(hù)的組合的一個或多個特征在某些情況下可以從組合中被刪除，并且要求保護(hù)的組合可以針對子組合或子組合的變型。

鑒于前面的描述，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，對本公開的前述示例性實施例的各種修改、改變對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以變得顯而易見。任何和所有的修改仍將落在本公開的非限制性的示例性實施例的范圍內(nèi)。此外，本公開的這些實施例所屬的領(lǐng)域的技術(shù)人員在受益于前面的描述和相關(guān)附圖中提供的教導(dǎo)時將會想到本文所闡述的公開內(nèi)容的其他實施例。

因此，應(yīng)當(dāng)理解，本公開的實施例不限于所公開的具體實施例，并且修改和其他實施例旨在被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然這里使用了具體的術(shù)語，但它們僅在一般性和描述性的意義上使用，而不是為了限制的目的。