[发明专利]用于对材料进行机械加工的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2008年9月18日提交的名称为“Systems and Methods for Machining Materials”的美国临时专利申请No.61/098,065的优先权，该美国临时专利申请在此以参考的方式并入。

背景技术

已知用于机械加工各种材料的许多系统和方法。可编程计算机控制已与机械加工刀具结合使用，以提高机械加工过程的效率(诸如通过减少所包括的熟练劳动力的量)和提高产生的工件上的机械加工特征的尺寸精度或期望的特性。用于机械加工材料的各种方法具有其特有的长处和弱点，并因此可最好地以单独的或以组合的方式适合于一种应用但不太适合于另一种应用。存在对用于机械加工材料的有效率且有效果的系统和方法的需求。

发明内容

本发明的实施例提供用于机械加工材料的系统和方法。在一个实施例中，一种用于机械加工材料的方法包括：控制刀具台面(tool table)与工件之间沿弯曲刀具路径的相对平移运动；和控制刀具台面相对于工件的对应旋转角度，以在刀具台面和所述刀具台面与所述工件之间沿所述弯曲刀具路径的对应相对平移运动之间维持大致恒定的角度。另一实施例包括控制刀具台面沿弯曲刀具路径的动态进给速率，以大致维持刀具台面相对于工件的目标向心加速度。一种用于将期望的特征刻划到工件的方法的一个实施例可利用这种CNC机械加工设备实现，以便从工件去除材料，并从而形成具有高质量(例如其中减少在表面上产生的不是设计部分的刀具痕迹)的表面的期望的特征。另外，使用这种刻划方法的实施例可产生机械加工废料连续的或大致连续的切屑，以使工件的清洁比采用诸如微铣削的方法容易，该诸如微铣削的方法产生可能难以从完成的工件表面去除的许多较小的废料切屑。有些实施例另外的益处是用于刻划(scribe)过程的刀具的切削刃与被机械加工的工件之间较低的相对速度(当与微铣削过程相比较时)，这能降低在切屑形成期间产生的必须通过热耗散的动能。这种由刻划过程产生的热的减少能降低刀具磨损的速率。

提及的这些说明性实施例不用于限制或限定本发明，而是提供示例以帮助本发明的理解。说明性的实施例在具体实施方式中讨论，并且在具体实施方式中提供本发明进一步的说明。由各种实施例提供的优点可通过研究本说明书得到进一步的理解。

附图说明

当参考附图阅读以下的详细说明时，本发明的实施例的这些及其他的特征、方面和优点得到更好地理解，其中：

图1是待加工的工件的图示，示出X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴和C轴与其的关系；

图2是根据一个实施例的用于机械加工材料的系统的方框图；

图3A是根据一个实施例的用于机械加工材料的系统的图示的侧向透视图；

图3B是根据一个实施例的用于机械加工材料的系统的图示的侧向透视图；

图4是根据一个实施例的安装在用于机械加工材料的系统中的工件和刀具的图示的侧向透视图；

图5是根据一个实施例的用于机械加工材料的方法的流程图；

图6示出根据一个实施例的待在单个工件上机械加工的六个螺旋刀具轨迹的示例阵列，其中每个刀具路径均在其中心具有定位X-Y-Z-C坐标轴；

图7示出根据一个实施例的已在上面机械加工有相同特征的阵列的示例工件；

图8以放大图示出图7所示的工件的一部分；

图9是根据一个实施例的具有已机械加工的衍射特征的工件的剖面正视图；以及

图10是根据一个实施例的具有已机械加工的折射衍射特征的工件的剖面正视图；

图11是根据一个实施例的具有已机械加工的凸形衍射特征的工件的剖面正视图；

图12是根据一个实施例的具有已机械加工的凹形衍射特征的工件的剖面正视图；

图13和14示出根据一个实施例的在刻划操作期间位于沿刀具路径的两个不同的位置处的刀具的平面图；以及

图15示出具有倒圆角部的示例矩形刀具路径。

具体实施方式

本发明的实施例包括用于机械加工材料的系统和方法。根据本发明的系统和方法可通过多种方式实现。通常，由用户选择一种或多种机械加工系统或方法，以便在使步骤最少、浪费的工作最少和过剩材料最少的同时，最快速且最具成本效益的形成包括所有期望的特征、特性和公差的所完成的工件。还希望使用可帮助延长所涉及的部件和刀具的预期寿命的系统和方法。