[发明专利]智能雕刻机及全自动数控雕刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及雕刻机及雕刻加工方法。

背景技术

现在市面上比较通用的雕刻机市场有两种主流方式：一种是工业模具的设计和雕刻；另外一种是工艺美术品的设计和雕刻。

工业模具设计的设计和雕刻加工过程是由专业的模具设计人员通过PRO/E、CAXA、SOLIDWORDS、MasterCAM等专业设计软件进行模具设计，由CNC技术员在生成G代码文件，导入到CNC加工中心进行加工，加工过程需要人工操作和更换刀具。模具的设计和CNC雕刻分别需要两个专业的技术人员参与，也需要两套软件和不同的设备。导致企业需要较多的人员，并且由于人员的沟通和技能水平的不同操作起来比较费时，效率不高。

工艺品的设计和雕刻总体技术含量要高于模具的设计和雕刻，先由专业的美术设计专家做好物体的造型，再由精雕软件仿图，而后再生成加工文件，由数控雕刻机加工出来，该过程需要2—3个专业的人员参与，实物的造型要由人工进行测量，仿图需要结合测量的参数设计，因而需要2—3套软件结合才能实现，现在各种图像设计软件的成本也比较高，操作也需要专业的人员使用。设计和仿形过程也很复杂、漫长。

此外，对于三维加工的刀具控制，需要针对具体的刀具参数进行控制程序的编写，对于实际要加工的曲面可能不采用特定参数的刀具就无法加工或加工效果差，此时又需要重新编写控制程序，因此控制程序必须在待加工曲面的数据完全确认好后才能进行编写，使得实际加工周期进一步延长。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种自动化的智能雕刻机，能有效匹配实物样品，得出虚拟模型图样，控制刀具进行加工。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：智能雕刻机，包括机架、工作台、执行机构、刀具、CNC控制系统以及水冷系统；执行机构安装在机架上，刀具安装在执行机构上，工作台位于执行机构下方；还包括计算机控制系统以及用于获取物体曲面变化轨迹的三维扫描仪；三维扫描仪和CNC控制系统均与计算机控制系统电性连接；计算机控制系统通过外部IO控制接口驱动执行机构和水冷系统工作；

计算机控制系统还用于：建立曲面模型并以方程式表示；从三维扫描仪读取物体曲面变化轨迹的数据；对曲面变化轨迹上的点进行参数化，曲面变化轨迹上的一点p_k的参数为(u_k,v_k)，所组成的点集为P＝{p_k;k＝1,2,3...n}，得出逼近该点集P的参数曲面S＝S(u,v)；对该参数化的曲面的每个点p_k，以参数取代参数(u_k,v_k)进行参数值优化；把优化后的参数值对应的点所组成的点集分割成若干部分分别与曲面模型进行匹配，得出待加工曲面的方程，待加工曲面的方程上的点为待加工的切触点；控制执行机构上的刀具根据待加工曲面的方程加工出待加工曲面。设计好的实物产品直接由三维扫描仪扫描，并有计算机控制系统匹配得出待加工曲面的方程，缩短加工周期，并免去因实物测量与待加工曲面建模两个工序需要两个领域的专业人员而导致的沟通效率低的问题。

进一步的技术方案为，计算机控制系统还用于：把参数按如下公式（1）或公式（2）对参数(u_k,v_k)进行取代，公式（1）：