本發(fā)明涉及工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，具體來說是一種基于工業(yè)機(jī)器人的智能CNC處理方法。
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背景技術(shù)：
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傳統(tǒng)的機(jī)械加工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的，加工時(shí)用手搖動(dòng)機(jī)械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測(cè)量產(chǎn)品的精度的。目前，制造領(lǐng)域已發(fā)展的十分成熟，但是隨著人工成本的不斷上升以及生產(chǎn)效率的要求，自動(dòng)化生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)成為一種趨勢(shì)。現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機(jī)床進(jìn)行作業(yè)了，數(shù)控機(jī)床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動(dòng)對(duì)任何產(chǎn)品和零部件直接進(jìn)行加工，這就是我們說的“數(shù)控加工”。數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機(jī)械加工的任何領(lǐng)域，更是模具加工的發(fā)展趨勢(shì)和重要和必要的技術(shù)手段。
CNC是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床(Computer numerical control)的簡(jiǎn)稱，是一種由程序控制的自動(dòng)化機(jī)床。CNC系統(tǒng)是一個(gè)專用的實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當(dāng)今計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)。
在智能CNC系統(tǒng)中，CAM模型數(shù)據(jù)處理和加工路徑規(guī)劃是兩個(gè)主要內(nèi)容。簡(jiǎn)單地說，CAM模型數(shù)據(jù)處理就是將需要加工的三維數(shù)據(jù)模型與加工毛坯材料對(duì)比判斷生成加工余量，而加工路徑規(guī)劃則是對(duì)加工過程中涉及的粗加工、精加工及特殊點(diǎn)位的避讓和加工工藝的處理?yè)Q算，并校驗(yàn)和生成機(jī)器人可執(zhí)行的G-cold，同時(shí)客戶端解釋并導(dǎo)入進(jìn)機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化加工生產(chǎn)。
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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于工業(yè)機(jī)器人的智能CNC處理方法，用作工件的生產(chǎn)、加工、打磨、拋光，可實(shí)現(xiàn)CAM數(shù)據(jù)的處理和加工路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)加工，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種基于工業(yè)機(jī)器人的智能CNC處理方法，其特征在于方法具體如下：
a.據(jù)生產(chǎn)制造需要通過三維制圖軟件建立模型，導(dǎo)出多種格式包括STL、STP、3DX、DXF格式的3D文件，輸入文件轉(zhuǎn)換成CAM數(shù)據(jù)模型，與加工毛坯材料模型進(jìn)行對(duì)比，通過NAND算法計(jì)算出多余的加工量，分析出毛坯模型中需要加工的余量；
b.對(duì)加工余量根據(jù)銑削的深度進(jìn)行分層處理，根據(jù)每層進(jìn)刀深度將待加工材料進(jìn)行分層處理一共分成N層；
c.通過刀具加工進(jìn)給量、加工速度工藝參數(shù)，采用以直線、二次解析曲線、平面三次重節(jié)點(diǎn)非均勻有理B樣條曲線構(gòu)成的組合曲線,定義加工對(duì)象的邊界輪廓,以邊界輪廓的基元為單位計(jì)算基元等距線得出每層的加工軌跡；
d.對(duì)前N-1層設(shè)定粗加工工藝，根據(jù)材料類型自動(dòng)匹配相應(yīng)的粗加工刀具并調(diào)整加工進(jìn)給量、加工速度，生成粗加工的模擬軌跡；
e.對(duì)第N層設(shè)定精加工工藝，根據(jù)材料類型和加工精度調(diào)用對(duì)應(yīng)精加工刀具并調(diào)整進(jìn)給量、加工速度，生產(chǎn)精加工的軌跡；
f.通過Floyd算法得出最短路徑，從而得到最短的銑削軌跡；
g.通過CAM數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真加工，對(duì)機(jī)器人加過工程進(jìn)行模擬；軌跡上出現(xiàn)的所有點(diǎn)與工件模型進(jìn)行比較，通過AND算法得出相交部分的點(diǎn)集，得出加工過程中出現(xiàn)的機(jī)械碰撞位置；
h.根據(jù)模擬過程中加工軌跡上的點(diǎn)找出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)機(jī)器人姿態(tài)及相關(guān)軸的笛卡爾坐標(biāo)值XYZABC，并且根據(jù)機(jī)器人軟硬件限定的軸角度范圍及碰撞點(diǎn)進(jìn)行規(guī)避，通過姿態(tài)插補(bǔ)算法：球面線性插值優(yōu)化機(jī)器人的姿態(tài)得到優(yōu)化的算法，以達(dá)到加工軌跡的修正；
插值步驟
①計(jì)算兩個(gè)值的差：q0到q1的角位移由Δq＝q0-1q1給出
②計(jì)算差的一部分。四元數(shù)求冪可以做到。差的一部分由Δqt給出
③在開始值上加上差的一部分，用四元數(shù)乘法組合角位移q0Δqt
這樣就可以得到slerp公式：
i.規(guī)劃可加工的CAM模型數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)的軌跡數(shù)據(jù)通過M代碼G代碼指令表轉(zhuǎn)換成G代碼；
j.通過CNC客戶端解釋和代碼導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化加工，智能化生產(chǎn)。
所述的步驟d具體方法如下：
式中，T0是包含粗加工使用的刀具的長(zhǎng)度、直徑和剛度的數(shù)組，r(t)是刀具t的半徑，t是包含粗加工使用的候選刀具的長(zhǎng)度、直徑和剛度的數(shù)組，P是每層的刀具軌跡，x(Pk)是加工軌跡P在k點(diǎn)的x方向上的坐標(biāo)值，y(Pk)是加工軌跡P在k點(diǎn)的y方向上的坐標(biāo)值，λ0是由編程人員指定的、用來調(diào)整函數(shù)的一個(gè)系數(shù)，F(xiàn)O是粗加工進(jìn)給量，l,i,j,k是下標(biāo)編號(hào),本身并無含義，P下第一個(gè)編號(hào)是刀具軌跡的插值點(diǎn)的序號(hào)，第二個(gè)編號(hào)代表該軌跡所處的加工層的序號(hào)，比如說Pi,k指第k層粗加工軌跡的第i個(gè)插值點(diǎn)，當(dāng)?shù)诙€(gè)下標(biāo)省略時(shí)，默認(rèn)為當(dāng)前的加工層，Pi,k是一個(gè)包含該點(diǎn)x,y,z坐標(biāo)值的數(shù)組，ε(M)為材料韌性，rHRC(M)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)出的材料硬度，SO是粗加工加工速度，δ是精加工的加工余量，r是所使用刀具的半徑，PO是粗加工刀具軌跡，k(M)是材料剛度。
所述的步驟e具體方法如下：
T1＝ar gmint([r(t)-mink(||Pk+1-Pk||2))]2-λ1r(t)2)
P1＝P+0.5sign(P)r
式中，T1是包含精加工使用的刀具的長(zhǎng)度、直徑和剛度的數(shù)組，λ1是由編
程人員指定的、用來調(diào)整函數(shù)的一個(gè)系數(shù)。
T0,T1的計(jì)算方法為：
i＝1
v0＝200
LOOP
i＝i+1
IFv＜v0 D0 v0＝v
UNTIL i＝cardinality(Tinfo)
式中，i在這里表示刀具序號(hào)，ti代表編號(hào)為i的刀具，v是評(píng)價(jià)刀具合適程度的指標(biāo)，v0與v同義，在計(jì)算中用來迭代，Tinfo是根據(jù)刀具信息所賦予的值。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：
1.實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化加工，智能化生產(chǎn)，加工更加精密；
2.提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。
[附圖說明]
圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
[具體實(shí)施方式]
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這種方法的原理對(duì)本專業(yè)的人來說是非常清楚的。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
參見圖1，將所述的系統(tǒng)軟件嵌入到機(jī)器人控制系統(tǒng)中，并啟動(dòng)機(jī)器人的智能CNC加工系統(tǒng)，該圖像采集處理系統(tǒng)按下列處理步驟處理：輸入需要加工的CAM數(shù)據(jù)模型，與加工材料模型進(jìn)行對(duì)比，將多余的加工量換算出來，并進(jìn)行路徑的規(guī)劃和加工工藝的調(diào)整；通過CAM數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真加工同時(shí)對(duì)出現(xiàn)的機(jī)械碰撞，空間位置范圍限制及軸角度限制的修改和矯正，重新規(guī)劃處可加工的CAM模型數(shù)據(jù)，將CAM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成G代碼，并通過CNC客戶端解釋和代碼導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化加工，智能化生產(chǎn)。
所述的一種基于工業(yè)機(jī)器人的智能CNC處理方法具體如下：
a.據(jù)生產(chǎn)制造需要通過三維制圖軟件建立模型，導(dǎo)出多種格式包括STL、
STP、3DX、DXF格式的3D文件，輸入文件轉(zhuǎn)換成CAM數(shù)據(jù)模型，與加工毛
坯材料模型進(jìn)行對(duì)比，通過NAND算法計(jì)算出多余的加工量，分析出毛坯模型中需要加工的余量；
b.對(duì)加工余量根據(jù)銑削的深度進(jìn)行分層處理，根據(jù)每層進(jìn)刀深度將待加工材料進(jìn)行分層處理一共分成N層；
c.通過刀具加工進(jìn)給量、加工速度工藝參數(shù)，采用以直線、二次解析曲線、平面三次重節(jié)點(diǎn)非均勻有理B樣條曲線構(gòu)成的組合曲線，定義加工對(duì)象的邊界輪廓，以邊界輪廓的基元為單位計(jì)算基元等距線得出每層的加工軌跡；
d.對(duì)前N-1層設(shè)定粗加工工藝，根據(jù)材料類型自動(dòng)匹配相應(yīng)的粗加工刀具并調(diào)整加工進(jìn)給量、加工速度，生成粗加工的模擬軌跡；
e.對(duì)第N層設(shè)定精加工工藝，根據(jù)材料類型和加工精度調(diào)用對(duì)應(yīng)精加工刀具并調(diào)整進(jìn)給量、加工速度，生產(chǎn)精加工的軌跡；
f.通過Floyd算法得出最短路徑，從而得到最短的銑削軌跡；
g.通過CAM數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真加工，對(duì)機(jī)器人加過工程進(jìn)行模擬；軌跡上出現(xiàn)的所有點(diǎn)與工件模型進(jìn)行比較，通過AND算法得出相交部分的點(diǎn)集，得出加工過程中出現(xiàn)的機(jī)械碰撞位置；
h.根據(jù)模擬過程中加工軌跡上的點(diǎn)找出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)機(jī)器人姿態(tài)及相關(guān)軸的笛卡爾坐標(biāo)值XYZABC，并且根據(jù)機(jī)器人軟硬件限定的軸角度范圍及碰撞點(diǎn)進(jìn)行規(guī)避，通過姿態(tài)插補(bǔ)算法：球面線性插值優(yōu)化機(jī)器人的姿態(tài)得到優(yōu)化的算法，以達(dá)到加工軌跡的修正；
插值步驟：
①計(jì)算兩個(gè)值的差：q0到q1的角位移由Δq＝q0-1q1給出
②計(jì)算差的一部分。四元數(shù)求冪可以做到。差的一部分由qt給出
③在開始值上加上差的一部分，用四元數(shù)乘法組合角位移q0Δqt
這樣就可以得sleerp公式：
i.規(guī)劃可加工的CAM模型數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)的軌跡數(shù)據(jù)通過M代碼G代碼指令表轉(zhuǎn)換成G代碼；
j.通過CNC客戶端解釋和代碼導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化加工，智能化生產(chǎn)。
其中，NAND算法有稱為與非算法，是一種邏輯算法，常在計(jì)算機(jī)中以“與非門”的形式存在，即先作一次“與”運(yùn)算后，再做一次“非”運(yùn)算。
Floyd算法又稱為插點(diǎn)法，是一種用于尋找給定的加權(quán)圖中多源點(diǎn)之間最短路徑的算法，從圖的帶權(quán)鄰接矩陣A＝[a(i,j)]n×n開始，遞歸地進(jìn)行n次更新，即由矩陣D(0)＝A，按一個(gè)公式，構(gòu)造出矩陣D(1)；又用同樣地公式由D(1)構(gòu)造出D(2)；……；最后又用同樣的公式由D(n-1)構(gòu)造出矩陣D(n)。矩陣D(n)的i行j列元素便是i號(hào)頂點(diǎn)到j(luò)號(hào)頂點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)度，稱D(n)為圖的距離矩陣，同時(shí)還可引入一個(gè)后繼節(jié)點(diǎn)矩陣來記錄兩點(diǎn)間的最短路徑。
AND運(yùn)算，又稱為與運(yùn)算是計(jì)算機(jī)中一種基本的邏輯運(yùn)算方式，就是兩個(gè)操作數(shù)表達(dá)式同時(shí)為真，結(jié)果才為真的一種二元運(yùn)算。
姿態(tài)插補(bǔ)算法是指在數(shù)控系統(tǒng)所加工的零件要求的加工軌跡各種各樣：有圓弧、直線、橢圓、拋物線等等。然而設(shè)備的加工點(diǎn)的移動(dòng)方向是有限的，一般設(shè)備工作臺(tái)只有X、Y兩個(gè)方向。也就是要在加工曲線精度的范圍內(nèi)用折線來擬合出誤允許的曲線。
所述的步驟d具體方法如下：
式中，T0是包含粗加工使用的刀具的長(zhǎng)度、直徑和剛度的數(shù)組，r(t)是刀具t的半徑，t是包含粗加工使用的候選刀具的長(zhǎng)度、直徑和剛度的數(shù)組，P是每層的刀具軌跡，x(Pk)是加工軌跡P在k點(diǎn)的x方向上的坐標(biāo)值，y(Pk)是加工軌跡P在k點(diǎn)的y方向上的坐標(biāo)值，λ0是由編程人員指定的、用來調(diào)整函數(shù)的一個(gè)系數(shù)，F(xiàn)O是粗加工進(jìn)給量，l,i,j,k是下標(biāo)編號(hào),本身并無含義，P下第一個(gè)編號(hào)是刀具軌跡的插值點(diǎn)的序號(hào)，第二個(gè)編號(hào)代表該軌跡所處的加工層的序號(hào)，比如說Pi,k指第k層粗加工軌跡的第i個(gè)插值點(diǎn)，當(dāng)?shù)诙€(gè)下標(biāo)省略時(shí)，默認(rèn)為當(dāng)前的加工層，Pi,k是一個(gè)包含該點(diǎn)x,y,z坐標(biāo)值的數(shù)組，ε(M)為材料韌性，rHRC(M)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)出的材料硬度，SO是粗加工加工速度，δ是精加工的加工余量，r是所使用刀具的半徑，PO是粗加工刀具軌跡，k(M)是材料剛度。
所述的步驟e具體方法如下：
T1＝ar gmint([r(t)-mink(||Pk+1-Pk||2))]2-λ1r(t)2)
P1＝P+0.5sign(P)r
式中，T1是包含精加工使用的刀具的長(zhǎng)度、直徑和剛度的數(shù)組，λ1是由編
程人員指定的、用來調(diào)整函數(shù)的一個(gè)系數(shù)。
T0,T1的計(jì)算方法為：
i＝1
v0＝200
LOOP
i＝i+1
IF v＜v0 DO v0＝v
UNTILi＝cardinality(Tinfo)
式中，i在這里表示刀具序號(hào)，ti代表編號(hào)為i的刀具，v是評(píng)價(jià)刀具合適程度的指標(biāo)，v0與v同義，在計(jì)算中用來迭代，Tinfo是根據(jù)刀具信息所賦予的值。
實(shí)施例
參見表1，是本發(fā)明方法的具體實(shí)施步驟。
表1.實(shí)施步驟