由构造立体几何(CSG)所定义的轮廓凹槽的加工方法和装置

摘要

为了借助于一种数字式控制机构(11)对一种轮廓凹槽(2)进行加工，规定了基本表面(4)，该表面然后用逻辑运算符号(20)在一个轮廓表达式(14)中逻辑地连接成一个正生成的表面(18)。在这种情况下，在数字式控制机构(11)的一个图解的用户接口(17)中为使用者提供了各种不同的帮助。这样就根据图形符号(23)和辅助文字(16)来说明这些逻辑运算符号(20)。正生成的表面(18)同样也表示在用户接口(17)中。

说明书

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于加工轮廓凹槽的方法。本发明还涉及一种按权利要求16的前序部分所述的用于加工轮廓凹槽的装置。

用一种机床对工件进行加工时经常出现的任务是加工轮廓凹槽。这种轮廓凹槽用一种由数字式控制机构控制的机床例如借助于对工件的铣削加工而制成。此时对工件表面的部位进行加工，在每个轮廓凹槽加工开始时就要对该表面部位进行定义。用于制造一个轮廓凹槽的其它通常的加工工序还有诸如预钻孔、扩孔和精整加工。

只要轮廓凹槽的形状比最简单的几何形状如圆、直角或三角形更复杂的话，对于轮廓凹槽作出定义就不是一个简单的任务。在该轮廓凹槽之内也可能有岛，而且轮廓凹槽的边框可能是任意复杂的。

迄今为止的数字式控制机构为了对轮廓凹槽进行定义已经提供了函数，但是这些函数在解决其任务时尚不能对用户提供最佳的支持。在专利申请人的数字式控制机构TNC426的软件手册中叙述了一种方法，用此方法可以对一种轮廓凹槽进行定义。为此定义了该表面的边框，它们然后在一个自身的循环中进行加工。该边框是否描述了一个凹槽或一个岛，这取决于方向并取决于边框的铣刀半径的修正。最终所形成的轮廓凹槽则是所有凹槽之和减去所有岛之和。为了用这种系统来定义比较复杂的、尤其是由多个基本形状所组成的轮廓凹槽，一定程度上必须靠经验。此外只有在程序编制结束之后在一个模拟过程中才能评定该所期待的轮廓凹槽。

由EP0477398B1已知，从比较简单的基本形状借助于组合运算(合并、相交等等)建立较复杂的工件几何图形用于铣刀半径的修正，这是因为在比较简单的基本物体上就已经可以进行铣刀半径的修正了。

本发明的任务是提出一种用于加工轮廓凹槽的方法，这种方法也允许那些未经训练的使用者快速而无误地制造轮廓凹槽。

该项任务由按权利要求1所述的方法来解决。此方法的有利的细节由从属于权利要求1的权利要求得出。

本发明的另外一个任务是，提出一种可以对轮廓凹槽快速而无误地进行加工的装置。

该项任务由一种具有权利要求16所述特征的装置来解决。有利的细节见从属于权利要求16的权利要求。

那么建议如下：为了加工一种轮廓凹槽，借助于一种相应装备的数字式控制机构在一个第一步骤中至少规定出一个第一和一个第二基本表面，然后使这些基本表面在一个第二步骤中在一个轮廓表达式中借助于一种运算符号而逻辑连接成一个组合的表面。在对这些由轮廓表达式得出的表面的逻辑连接和计算进行分析处理之后就在一个图形的用户接口中表示出这些得出的表面。

在这种情况下，所述用于加工轮廓凹槽的方法的、或者一种相应装备的装置的使用者可以从附加的帮助获得好处。在规定一个轮廓凹槽的表面时则从基本的表面出发，这些表面的逻辑连接已经在对数字式控制机构进行编程时就必须在用户接口上跟踪。那么就可以立即识别和修正错误，对于正确的逻辑连接的选择得到相应的自定义功能键和辅助文字显示的支持。

本发明的其它优点和细节由以下根据附图的描述得出。在此示出：

图1一个具有一个轮廓凹槽的工件；

图2一个轮廓凹槽的表面；

图3具有数字式控制机构的一种机床；

图4两个基本表面的不同的逻辑连接；

图5一种用于加工一个轮廓凹槽的方法；

图6具有对于基本表面进行另一种逻辑连接的用户接口。

图1表示了具有一个轮廓凹槽2的工件1，该轮廓凹槽含有两个岛3.1和3.2。如在图2中也可见到的那样，轮廓凹槽2的表面通过将两个基本的表面4(在此实例中为两个圆面4和5合并，然后用一个正方形6的补足部分和一个三角形的补足部分切割此合并成的部分，用另外一个表面的补足部分切割一个表面也可以看作为形成两个表面的差。例如从两个圆表面4和5的合并中将正方形6和三角形7去掉。例如通过铣削加工就形成工件1真正的轮廓凹槽2。

这样一种铣削加工由一种机床8来实施，如图3所示的那样。在一个加工台9上将工件1夹紧。刀具10通过工件1和刀具10之间的相对运动去除材料地通过该工件10。机床8的可运动轴在这种情况下由一个数字式控制机构11来控制。此外该数字式控制机构11还可以用来建立机床8的加工程序。在这里一个方面是轮廓凹槽的程序编制。此外作为最重要的步骤可以认为是对轮廓凹槽2的表面进行定义规定，其它的步骤那么例如在于选择一种合适的刀具10、最好的扩孔策略、加工深度和所希望的表面质量。但以下轮廓凹槽2的定义只是指对一个轮廓凹槽2的表面的定义。

数字式控制机构11具有一个屏幕12，该屏幕具有一个图解的用户接口17，如以后还要根据图6说明的那样。为了实现用户输入，该数字式控制机构此外还有一个键盘13和/或其它的输入可能性。存储器24用于存储所有对于执行工件加工所必要的数据，在一个计算单元25中对这些数据进行加工处理并进行所有必要的动作。

为了更好地理解，应该根据图4所示对用于逻辑连接基本表面4的运算符号加以说明。一种这样的逻辑连接的结果、一个组合成的表面当然也可以借助于运算符号与一个基本的表面4或者一个组合成的表面进行逻辑连接。

图4a表示了一个第一表面A与一个第二表面B的合并。这相当于所参与表面的一种逻辑的“A或B”连接。

图4b表示了用一个第二表面B切割一个第一表面A。这相当于所参与表面的一种逻辑的“A与B”连接。

图4c表示了用一个第二表面B的补足部分切割一个第一表面A。这相当于所参与表面的一种逻辑的“A与非B”连接。

图4d表示了一个第一表面A与一个第二表面B的合并，但没有切割A与B。这相当于所参与表面的一种逻辑的“(A或B)与非(A与B)”连接，或者是所参与表面的一种“A异或B”连接。

除了此处所解释的运算符号之外还有另外一些重要的、可以使基本的表面4在一个轮廓表达式中进行一种逻辑连接的要素。那么就需要括号，以便能够优先地计算轮廓表达式的部分，还需要一个运算符号用以形成一个基本表面4的补足部分。

那么应该根据图5说明一种用于定义一个轮廓凹槽2的方法。在这种情况下也涉及到一个数字式控制机构11的为此所必需的要素以及该控制机构的图解的用户接口17，它们在图3或图6中示出。

如通常在现有技术中的那样，用于定义一种轮廓凹槽2的方法用一个步骤101开始来定义至少两个基本表面4。为此例如可以在一个子程序中规定该包围住基本表面4的边框19。那么可以通过中心座标和半径来确定一个圆表面，或者通过三角座标的参数来确定一个三角形表面。为此可将所述子程序通过键盘13输入到数字式控制机构11中并存在存储器24中。当然这些基本表面4也可以具有比这些在实例中所应用的简单的几何要素明显错综复杂的边框19。甚至可以考虑使用具有一个不封闭的边框19的基本表面4，如一个由一条直线切下的半表面。一次定义的基本表面任何时候都可以重新调用来规定另外一个轮廓凹槽，如通过调用存储在存储器24中的子程序来进行。

在下一个步骤102中用运算符号20使这些基本表面4进行逻辑连接。在这种情况下，在一个轮廓表达式14中则借助于运算符号20至少使两个基本表面进行逻辑连接。此时可供使用的例如有具有逻辑功能“或”、“与”、“与非”和“异或”的运算符号20。数字式控制机构11也接受了括号22，以便优先对轮廓表达式14的这些部分进行求值处理。要有一个运算符号20“否”，用于形成一个基本表面4的补足部分或者形成一个组合的表面21的补足部分(例如在括号22中的轮廓表达式14的一部分)。在数字式控制机构11的屏幕12上、在图解的用户接口17中提供有自定义功能键15，该功能键分别可以选择运算符号20或者一个括号22。这些自定义功能键15包含有图形符号23，它们分别示意地(按图4a-d的方式)说明了运算符号20。此外一旦选择了一个运算符号20，还在图解的用户接口17中显示出辅助文字16。轮廓表达式14就通过键盘13而存储在数字式控制机构11的存储器24中。

下一步103最好按照轮廓表达式14的每种变化来进行。在数字式控制机构11的计算单元25中，对轮廓表达式14进行分析求值并计算一个正生成的表面18。该正生成的表面18相当于轮廓凹槽2的表面。在这种情况下，轮廓表达式14可以完全这样地复杂，从而形成了多个相互并不关联的轮廓凹槽2。最好也可以将一个这样正生成的表面18又定义为基本表面4，它然后可以进一步应用在其它的轮廓表达式14中。还要再次明确的是：基本表面4不一定必需是简单的。

在下一个步骤104中则在数字式控制机构11的屏幕12上、在图解的用户接口17中指示出该正生成的表面18。在此时使该正生成的表面18表示为已填满的边框19，以便能够快速地获取该正生成的表面18。与此相反，该基本表面4只借助于其边框19来表示。最好在该图解的用户接口17上同时既表示轮廓表达式14，也表示正生成的表面18，如同在图6中也能看到的那样。

还应该根据图6说明基本表面4的另一种逻辑连接。在轮廓表达式14中运算对向QC4和QC5表示了基本表面4，此处是一个矩形或三角形，它们借助于运算符号20“或”逻辑连接成一个第一组合的表面21，同样还有QC1、QC2和QC3表示圆，它们在此处通过运算符号20“或”进行逻辑连接。由于括号22，这两个已组合的表面21优先地在计算单元24中进行求值处理。这两个已组合的表面21用运算符号“与非”来连接，从而使这三个已合并起来的圆表面QC1、QC2和QC3被矩形QC4和三角形QC5的合并部分所去除。该正生成的表面18在图6中同样也可以看到，如同对于最终使用的“与非”运算符号20的辅助文字、以及具有其图形符号23的自定义功能键15。

如果每次都实施步骤103和104，一旦在步骤102中该轮廓表达式14发生了改变，那么就为该数字式控制机构11的使用者在对一个轮廓凹槽2定义时提供了最大可能的帮助。

轮廓凹槽2的其它的加工按通常的方式进行，其方法是使数字控制机构11如此控制机床8，使得在工件1中产生一个具有正生成的表面18的形状的轮廓凹槽2。对此必需的加工步骤则例如是用适合的刀具10进行预钻孔、扩孔和精整加工。