微棱鏡反光模具cam系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于計算機軟件領域，用于超精密加工中微棱鏡反光材料原始模具制造的CAM系統。
【背景技術】
[0002]微棱鏡作為逆反射材料，可將入射光反射回光源，由于其節能環保的優點，廣泛應用于交通安全指示牌、工程路面標識、服飾等領域。
[0003]不同反光單元幾何結構的微棱鏡得到的逆反射效率會有不同，常見的反光單元的幾何結構大概有V型槽，立方角，三棱錐等。反光單元再進行陣列、拼裝得到微棱鏡。
[0004]微棱鏡原始模具主要使用超精密加工儀器金剛石車床來進行，車床的數控程序編寫過程較為繁瑣，正確性亦難于評估。單次加工過程中，微棱鏡的幾何特性、陣列個數、陣列方向、金剛石車床加工參數等都必須進行準確記錄，內容較多且復雜，難于積累保存，不利于工藝的長期發展。同時，機床加工的時間和模具精度要求是微棱鏡原始模具的最直接成本。模擬刀路、得到成品預覽圖之后，去除不必要的加工區域，根據需求確認精度級別再進行加工可以提高效率、降低成本。
[0005]作為納米級的超精密加工產品，微棱鏡原始模具的誤差分析也較為困難，多數情況采用顯微鏡掃描其模具表面或通過肉眼觀察，結果難于定量評估。
[0006]目前市面上微棱鏡原始模具制作工藝在國外較成熟，集中在美國和日本，國內規模較小，技術也相對薄弱。同時，市面上流行的CAM系統亦難于直接應用于金剛石車床的微棱鏡加工工藝，單次加工需要耗費較長的數據準備和調試機床時間。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為了克服上述【背景技術】的不足，設計開發一種專門針對微棱鏡反光材料原始模具的CAM系統。通過本發明，可快速生成微棱鏡原始模具數控程序文件，方便的進行模擬分析，工藝技術得到了有效的積累與保存。該系統高度自由化，可自定義微棱鏡類型，微棱鏡加工精度，機床各項加工參數等；系統根據參數分析得出加工結果、三維預覽圖；模板功能可推薦最優或最快加工方式；用戶根據模擬結果即時調整參數以進一步滿足需求;本系統具備誤差分析功能，導入微棱鏡原始模具的測量數值，設定好其匹配參數之后，可得到誤差分析結果。
[0008]本發明所涉及的微棱鏡反光材料原始模具CAM系統，包括輸入模塊、分析模塊、輸出模塊。
[0009]所述參數輸入模塊，用于確定微棱鏡加工所需要的一切參數數值。微棱錐加工參數繁多，設置過程較為繁瑣。下面說明參數設置過程:
[0010]步驟1:輸入本次加工的時間，作者，目的，環境溫度，模具材料，誤差要求等概述性記錄。環境條件，如溫度，濕度等，對于加工結果影響較大，每次加工應準確記錄。
[0011]步驟2:確定微棱錐類型。系統提供了3種常用的類型:V棱錐型，四棱錐型，三棱錐型；其中，四棱錐和三棱錐需要確定加工轉角角度，系統默認四棱錐的2個轉角角度為0°、90°，三棱錐的3個轉角角度為0°、60°、120°。更一般的情況下，用戶可自定義四棱錐和三棱錐的加工夾角。
[0012]步驟3:指定反光單元中相鄰兩個棱錐之間的夾角和高度數值，即金剛石車床刀尖角度α和切深深度h。在四棱錐和三棱錐加工中，倘若轉角交合之后不相等，則四棱錐需要2套不同的α和h，三棱錐需要3套α和h。
[0013]步驟4:指定反光單元在XOY平面上的陣列個數。此陣列個數若不指定，則系統默認布滿整個加工工件，只留邊緣少量空白區域。
[0014]步驟5:到步驟4為止，系統已經可以在三維模擬圖中預覽出微棱鏡形態，但周圍還存在一些冗余的未交合到的區域，為了節約加工成本，這些冗余區域可以刪除。系統需要確定原始工件的形狀和尺寸以便滿足最優加工效果，必要時可能還需要重新修改步驟4中的數值。原始工件的形狀一般為矩形和圓形，用戶必須給出矩形的長與寬a，b、或圓形的半徑
Γο
[0015]為了保證金剛石車床加工安全，步驟4中設置的陣列個數不宜超過原始工件可以容納的范圍，通常情況下，原始工件的邊緣須留有一定空白區域。倘若過大，系統將會給出錯誤提示，要求用戶重新設置。
[0016]步驟6:確定車床的加工參數:包括加工方式、車削次數、車削深度、五軸加工速度、方向、轉角指令、退刀指令、附加指令等數控參數。
[0017]以上為新建參數文件并逐步設置參數的過程，系統還可直接打開由本系統定義好的seg參數文件，segt模板文件，免去復雜的參數設置過程，用戶可在此基礎上進行修改。
[0018]系統在輸入模塊中提供了快速定義功能。用戶只需要確定最基礎的微棱鏡參數，如高度、精度要求和期望加工時間，系統會自動生成一種或幾種參數模板并提供模擬分析結果以供用戶選擇。
[0019]所述分析模塊由系統后臺計算完成，包括以下功能:參數模擬分析、測量誤差分析。
[0020]所述參數模擬分析，用于模擬微棱鏡加工結果，提供微棱鏡三維預覽圖。系統根據上述步驟中定義好的參數，首先進行完整性和合理性檢測。若合理性檢測失敗，系統將給出錯誤提示，并建議修正值。檢測通過后，系統將給出加工路徑、預估加工時間、計算表面粗糙度，并在三維視圖界面顯示微棱鏡三維預覽圖。用戶可根據模擬的結果(路徑，加工時間)再次調整各項參數值，直到模擬結果滿意為止。
[0021]所述測量誤差分析功能，用于對比分析實際加工結果和設計結果之間的誤差。將測量儀器測得的微棱鏡表面數據導入到系統中，同時選擇此微棱鏡對應的參數定義，系統自動對坐標進行吻合平移并分析誤差，得到實際棱錐夾角值、實際高度值、誤差平均值，同時將原始曲線、測量曲線、誤差曲線均顯示在圖形窗口中。
[0022]所述輸出模塊，用于將定義好的參數導出為點數據文件(*.csv)、數控文件(*.11(3)、參數文件(*.868)、模板文件(*.8681:)。點數據文件(*.08￥)記錄了金剛石車床刀路經過的所有三維或二維坐標點，可提供給第三方CAD程序做一些更深入的逆向分析，提高本系統的移植性與兼容性;數控文件(*.nc)提供給金剛石車床直接加工成微棱鏡原始模具，同時一些概述和說明信息會記錄在數控文件的說明部分;參數文件(*.seg)記錄了本次微棱錐加工的所有參數;模板文件(*.segt)保存部分參數，與參數文件相比更具有通用性。這幾種類型的文件通過分析模塊可方便的進行調整修改。參數文件.seg)和模板文件(*.segt)只能由本CAM系統打開和編輯。
[0023]輸出模塊的功能還包括將上述各類文件格式互轉。其中，由于點數據文件只記錄了刀路劃過的坐標點，在與nc數控文件或seg參數文件的轉換過程中，會出現部分信息的丟失或要求補充，轉換過程系統將給予提示。
【附圖說明】
[0024]圖1為本系統整體框架結構；
[0025]圖2為3個轉角方向下加工模擬圖；
[0026]圖3為3個轉角方向下的陣列圖；
[0027]圖4為確定基底形狀大小后的最終加工圖；
[0028]圖5為三棱錐微棱鏡三維模擬圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及【具體實施方式】詳細介紹本發明。但以下的實施例僅限于解釋本發明，本發明的保護范圍應包括權利要求的全部內容;通過以下實施例，本領域的技術人員即可以實現本發明權利要求的全部內容。
[0030]實施例一
[0031 ]本實施例生成一個三棱錐為反射單元的微棱鏡數控文件。
[0032]第一步:輸入加工概述。時間:2015.12.01;環境溫度:20°C ；環境濕度:55 % ;模具材料:鋁;精度要求:1ym;誤差要求:〈Ιμπι;
[0033]第二步:定義微棱鏡3個轉角方向角度分別為0°，60°，120°，這3個轉角方向下反射單元之間的角度為70.5°，三棱錐頂點到底面的高度為60μπι。如圖2所示的加工模擬圖。
[0034]第三步:定義機床加工參數，切削深度分別為10μπι，30μπι，50μπι，60μπι。每個轉動方向下陣列個數均為214，￥，2三軸加工速度?600，？600，？20，2軸退刀距離為0.5011。如圖3所示陣列過后的加工模擬圖。
[0035]第四步:設置工件基底形狀為矩形，大小為1500μπι*1000μπι，只保留3個轉角方向下中間交合的部分，將四周冗余部分去掉。如圖4所示。
[0036]第五步:根據最終三維模擬效果圖(圖5)和加工時間確定結果是否滿意。如滿意，則可選擇將其導出數控文件輸入到金剛石車床加工，亦可選擇保存為新加工模板以便下次使用;如不滿意，可重新調整步驟二到步驟四中定義的各項參數值直到滿意為止。
[0037]第六步:在軟件系統中點擊“導出”按鈕，將本次的結果導出為NC數控文件。金剛石車床讀取此數控文件可加工出本系統模擬出的三棱錐微棱鏡原始模具。
【主權項】
1.一種微棱鏡反光模具CAM系統，包括輸入模塊、模擬分析模塊和輸出模塊:其特征在于: 所述輸入模塊，用于記錄和搜集微棱鏡實體參數信息、機床加工信息； 輸入模塊新建seg參數文件、segt模板文件，按照步驟確定所需的所有參數信息；或打開txt，csv點數據文件、nc數控文件、seg參數文件、segt模板文件讀取參數;其中seg參數文件、segt模板文件格式僅可由本系統打開或編輯； 輸入模塊還包括一個快速定義參數功能，用戶只需輸入最基本的精度需求，系統即可生成數種參數模板以供選擇； 所述模擬分析模塊，首先判斷上述輸入模塊中參數的合理性，若不合格系統將建議修正值;合理性判斷通過后，系統將預估機床加工時間、計算表面粗糙度、模擬刀路圖、微棱鏡三維圖預覽等;分析模塊還包括測量誤差分析，用戶導入微棱鏡的儀器測量數據與之前定義理想微棱鏡參數做對比，可得到誤差分析結果； 所述輸出模塊，用于將輸入參數輸出為數控文件以供金剛石車床加工微棱鏡；或保存為參數文件、參數模板;還可導出為三維點數據文件，三維模擬圖預覽圖像文件(jpg)，同時，針對不同類型的文件、數據格式，本系統可以互相進行轉換。
【專利摘要】本發明公開了一種微棱鏡反光模具CAM系統，系統采用嵌套模塊化設計，包括參數輸入模塊、加工分析模塊、結果輸出模塊。該系統可自由定義模具類型、模具基底形狀、棱錐幾何參數、機床加工方式、機床加工參數等，進而根據定義數據進行分析，并提供模擬結果展示。系統根據上述自定義的諸項參數綜合判斷其合理性并給出最優或最快的加工方式，并預估加工時間，模擬最終加工預覽圖；最終結果可導出數控文件提供給金剛石車床加工微棱鏡原始模具。本系統精度誤差控制在納米級以下，超精密金剛石車床讀取其生成的數控代碼可加工出優質的超精密微棱鏡反光原始模具。
【IPC分類】G05B19/404, G05B19/4097, G06F9/44
【公開號】CN105549538
【申請號】CN201510909683
【發明人】熊欣, 張為國, 朱國棟, 劉風雷, 夏良平, 杜春雷
【申請人】中國科學院重慶綠色智能技術研究院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月9日