0 前言

    隨著建筑、裝磺、家具行業(yè)對大型玻璃制品工藝性和藝術(shù)性的要求日益提高，對玻璃的需求增長很快，同時(shí)對玻璃的加工質(zhì)量和加工效率也有了很高的要求由于玻璃加工有眾多的特殊工藝要求，需要對通用的CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，使得適合玻璃加工的CAD/CAM軟件成為玻璃自動(dòng)化加工裝備的一個(gè)重要組成部分。眾多學(xué)者在玻璃加工CAD/CAM軟件開發(fā)方面做了大量的研究工作，成功地開發(fā)了諸如異形切割CAM、玻璃刻花CAM等軟件系統(tǒng)。

    目前在玻璃加工行業(yè)中，復(fù)雜圖形(以下簡稱異形)的磨邊仍然依靠手工方式進(jìn)行，造成加工成本高、加工效率低、加工質(zhì)量難以保證。市場迫切需要能夠進(jìn)行異形磨邊的自動(dòng)化設(shè)備。為此，本研究從玻璃異形磨邊系統(tǒng)的需求出發(fā)，以玻璃圖案的加工輪廓為研究對象，實(shí)現(xiàn)玻璃磨邊、換刀、拋光工序的代碼的自動(dòng)生成，重點(diǎn)解決了玻璃異形磨邊中多工位加工時(shí)的最優(yōu)路徑生成問題、精修輪廓過程中的結(jié)刀疤問題及拋光預(yù)補(bǔ)償問題。

1 關(guān)鍵技術(shù)

    對于CAD系統(tǒng)而言，由于和普通二維CAD系統(tǒng)及一些玻璃加工的CAD系統(tǒng)沒有太大區(qū)別，不再贅述，重點(diǎn)介紹路徑生成模塊(也就是CAM模塊)的功能。

    為了提高加工效率，磨邊的原料通過已經(jīng)比較成熟的異形玻璃切割機(jī)進(jìn)行粗切割。這樣在加工之前就涉及到原料毛坯的定位問題。根據(jù)3點(diǎn)定位一個(gè)平面的思想，本研究在輸出代碼時(shí)同時(shí)輸出了3個(gè)定位點(diǎn)坐標(biāo)，這樣控制系統(tǒng)根據(jù)3點(diǎn)坐標(biāo)放置3個(gè)定位棒，即可完成一個(gè)工位玻璃的固定。由于切割機(jī)切割出的邊緣比較粗糙，尺寸精度上也很難符合要求，定位完成后需要對邊緣進(jìn)行精修輪廓。由于玻璃具有一定的彈性，同時(shí)采用真空吸附方式固定，也會(huì)表現(xiàn)出一定的彈性。這種彈性使得封閉圖形直接按照原始路徑磨出的輪廓在交接處存在一個(gè)兩邊深度不一致的痕跡，俗稱接刀疤。

    為了解決這個(gè)問題，筆者設(shè)計(jì)了圓弧進(jìn)退刀的工藝，使得加工時(shí)砂輪開始接觸玻璃及退出加工都是一個(gè)緩慢而平滑且和接觸點(diǎn)法線相切的過程。進(jìn)退刀圓弧的大小和長度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，從而可以最大限度地保證加工質(zhì)量而又基木不損失加工效率。磨斜邊過程可以根據(jù)用戶要求，選擇是否進(jìn)行粗磨、精磨及拋光。為了進(jìn)一步提高玻璃的藝術(shù)品質(zhì)，用戶可以選擇是否在磨邊的基礎(chǔ)上加工出波浪型的花紋。整個(gè)異形磨邊的工藝流程，如圖1所示。

圖1 異形磨邊工藝路線

    對整個(gè)異形磨邊加工CAD/CAM系統(tǒng)來說，有2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)需要解決：

    (1) 由于機(jī)床的幅面比較大，為了最大限度提高加工效率，必須要對輸出路徑進(jìn)行優(yōu)化；

    (2) 由于拋光輪容易磨損，高質(zhì)量拋光效果的實(shí)現(xiàn)便需要合理地優(yōu)化拋光加工工藝。

1.1 最優(yōu)路徑生成

    由于本異形磨邊加工中心工作面積比較大，工作幅面為2.3 m x5.2 m，在多工位加工時(shí)，加工路徑優(yōu)化顯得非常重要。而最優(yōu)路徑的獲得在本質(zhì)上是一個(gè)TSP(旅行商)問題。TSP要解決的問題就是為所有需要磨削的邊找到一條最優(yōu)的磨削路徑，沿該路徑進(jìn)行一次磨削所走的距離最短。