CN106774169A - 非圆柱曲面的数控车削加工自动化编程方法 - Google Patents

非圆柱曲面的数控车削加工自动化编程方法 Download PDF

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王黎明
衣云龙
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4093—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine

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Abstract

本发明涉及机械制造方面的数控加工领域，公开了一种非圆柱曲面的数控车削加工程序的智能化和自动化编制方法，所述的方法针对线架模型、曲面模型和实体模型零件，通过对模型的特征识别，得到加工的非圆曲面等信息。设置加工坐标系，定义切削刀具，设置切削参数。进行加工适应性检查，进行非圆柱曲面的数控车削智能化编程操作定义，计算插补点，最后经过后置处理生成加工程序。该数控车削加工自动化智能编程方法提高了数控车床的加工范围，使编程的质量和效率得到提高，进而提高了零件加工的质量和效率。

Description

非圆柱曲面的数控车削加工自动化编程方法
技术领域
本发明涉及一种数控车削加工自动化智能编程方法，特别涉及一种用于非圆柱曲面的数控车削加工的智能化和自动化的编程方法。本方法属于机械制造中的数控加工工艺与编程学科领域。
背景技术
数控车床广泛用来加工回转体类零件，很多零件从结构上看，即有车床零件的回转特征，又有典型的铣削类特征，对于此类型零件的加工，传统上，需要针对不同的特征类在数控车床或数控铣床上加工，需要在不同的机床进行周转，进行重复的装夹和定位，将带来装夹定位误差，使生产准备周期过长。
从加工效率上看，数控车床的效率明显高于数控铣床；从加工的精度和表面质量上看，数控车床的切削表面光洁度明显比车床高1个数量等级，且常规的数控车床比数控铣床便宜，在工厂中应用广泛。因此，研究利用通常的基本2轴数控车床实现非圆截面的零件车削加工具有重要的工程现实意义，通过研究数控车削工艺，实现数控车削加工非圆截面零件。
数控程序广泛采用计算机图形交互编程形式实现，现在的通用数控编程软件无非圆截面的数控车削编程加工功能，必须在通用的数控加工编程软件的基础上，研究非圆截面的数控车削编程加工功能模块，以实现非圆截面的数控车削编程加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种非圆柱曲面的数控车削加工智能编程方法，该方法进行加工特征的识别并选择刀具，输入切削参数，生成加工程序，使得编程的效率和质量得到提高。
为实现非圆柱曲面的数控车削加工，制定车削工艺，包括下面的实现方法。
（1）利用普通外圆车刀加工非圆外表面。
（2）使用具有X、Z普通两轴坐标的机床车削非圆柱曲面。
（3）加工时首先车削与Z轴垂直的平面内非圆曲线，而后Z轴向进给一个步距，车削整个圆柱表面。
利用单一螺纹车削的端面螺纹指令进行非圆外表面的车削加工，车削时在同回转轴线垂直的截面内用阿基米德螺线轨迹拟合曲线。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的：1）加工截面元素提取；2）截面元素合理性判断；3）加工可行性判别；4）加工操作编程模式定义；5）数控程序后置处理。
所述步骤 1）加工截面元素提取计算流程包括：①通过数字化选择截面元素；②判断选择元素的类型；③元素基本类型提取。
所述步骤 2）截面元素合理性判断计算流程包括：①基本元素起点、端点和控制点的计算；②判断元素平面是否同回转轴线垂直；③元素是否组成为单一的闭曲线。
所述步骤 3）加工可行性判别计算流程包括：①计算插补点；②计算压力角；③判断压力角是否合理。
所述步骤 4）加工操作编程模式的定义流程包括：①建立编程坐标系；②输入加工参数；③定义刀具；④定义加工命令；⑤定义刀具轨迹元素。
所述步骤 5）数控程序后置处理流程包括：①定义机床接口文件；②计算插补点直角坐标；③坐标变换；④输出加工用的极坐标；⑤输出其它指令。
设在拟合非圆曲线时，设上一个拟合点的极坐标为（ri-1,θi-1），当前拟合点的极坐标为(ri,θi)，则计算得NC程序中当前拟合点在直角坐标系中的坐标为(xi，ci)，xi=2×(ri-ri-1)，螺纹加工的导程为：
。
通过选择截面线串、曲面和实体的元素，转换为线串，判断线串的合理性。
数控机床所用的NC程序后置按以下方法实现。
（1）将拟合时的角度容差设为δ，则满足容差的情况下，得到拟合的当前点的直角坐标为(xi,yi)。
（2）求得极坐标为ri 2=xi 2+yi 2，输出的单一截面内的机床坐标xi的导程Fi=ri。
（3）校验计算的刀位点的前角和后角的干涉性。
（4）构造后置处理器的机床结构模型，构造机床的运动模型。
（5）输出NC程序。
通过上述方法，可实现非圆柱曲面在数控车床上车削加工程序的自动化编制，即在CAD/CAM 软件的环境下，通过设置车削编程环境后，通过选择非圆零件的截面串元素，通过定义刀具和必要的切削参数，实现程序的自动化编制，编制后的程序可以进行加工仿真操作，程序的定义操作可以方便地进行编辑和修改。
本发明的优点在于：
本发明是一种用于非圆柱曲面的数控车削加工的智能化和自动化的编程方法，充分考虑了截
面元素的组成类型、状态等参数，可以判断车削加工的适应性，可以对线框模型、表面模型
和实体模型的加工，加工方法的适应性强。
本发明是一种用于非圆柱曲面的数控车削加工的智能化和自动化的编程方法，提供了利用车削工艺方法加工铣削类的零件，扩大了数控车床的加工范围，通过简单的元素的交互选择，即可完成非圆柱曲面的数控车削程序的编制，可显著降低技术人员的编程工作量，减少程序的编制时间。
本发明是一种用于非圆柱曲面的数控车削加工的智能化和自动化的编程方法，技术上采用稳定的算法，使程序编制方便、稳定和高效。
附图说明
图 1 为本发明实施例所述的非圆柱曲面的数控车削加工编程交互操作参数输入界面。
图 2 为本发明实施例所述的一种用于非圆柱曲面的数控车削加工编程方法的流程图。
图 3 为本发明实施例所述的一种用于非圆柱曲面的数控车削加工编程方法的截面线插补算法流程图。
图 4 为本发明实施例所述的一种用于非圆柱曲面的数控车削加工编程方法的数控机床程序后置处理流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图1、附图2和附图3，对本发明实施实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对发明进行进一步的详细说明，如为本发明实施例所述的交互操作参数输入界面，其中“误差”表示拟合数据点误差的大小；“步距”表示两个截面串车削时沿Z轴的距离；“Z起始”表示车削的Z向起点位置，“Z终止”表示车削的Z向终点位置，参数输入完成后点击“确定”则可以进行加工元素的选择和计算操作；如附图 2 所示为本发明实施例所述的一种用于非圆柱曲面的数控车削加工编程方法的流程图。
首先做好工件加工前的准备工作，输入加工模型到CAD/CAM***中，输入的模型可以为线框模型、表面模型和实体模型。
附图2中的“建立加工坐标系”为在车削环境下建立XZ平面坐标系，其中Z轴为旋转轴线。
附图2中的“设计特征识别”为针对加工元素，进行制造特征识别，识别出外形轮廓、内形轮廓、凸台、通孔、台阶孔、平面等特征，为元素加工作准备。
附图2中的“编程操作构建”包括以下步骤。
（1）选择后置处理器参数接口文件。
（2）输入工序名称、初始加工编程坐标系、机床对接位置、工件对接CPL位置和数据类型等参数。
（3）定义初始进刀平面、中间过渡平面和终止退刀平面。
（4）定义初始进刀平面、中间过渡平面和终止退刀平面的刀具路径生成方式。
（5）定义加工工序实体、生成刀具实体和生成直线实体。
（6）定义刀具实体和直线实体。
附图2中的“后置处理”通过批处理方式生成加工的刀具轨迹的数控程序，在生成时利用后台处理模式进行，进行数控程序生成时，可以继续进行数控程序编制操作，不耽误数控编程时间，可以一次生成多个加工工序的数控机床加工程序，可以生成特定的1把刀具加工的程序，也可以生成多把刀具的加工程序。
图 3 为本发明实施例所述的一种用于非圆柱曲面的数控车削加工编程方法的截面线插补算法流程图，分为1）截面线串的获得；2）截面线串合理性的判断；2）插补点的计算三大步骤。
步骤1）截面线串的获得包括下面的实现方法。
（1）如果选择的截面串为实体的边界线，则提取实体的边界线，提取边界线后转化为基本的直线段组合元素，而后将组合元素***成基础直线。
（2）如果选择的为样条曲线，首先提取参数，计算样条曲线的起点和终点的直角坐标值。
步骤2）截面线串的合理性判断包括下面的实现方法。
（1）遍历选择的截面线串，提取元素的类型，如果为组合线则将其分解为直线，提取元素的起点坐标(xs,ys,zs)和终点坐标(xe,ye,ze)。
（2）如果存在zs≠ze，则给出错误提示并退出。
（3）记录每个线串的起点坐标xs、ys和终点坐标xe、ye，如果所有起点和终点坐标值均有2个点，则满足首尾连接要求，否则，给出错误提示并退出。
（4）构造活性边表，按元素的首尾连接顺序，按逆时针排列。
加工可行性的判断包括下面的实现方法。
计算插补点时，根据相对运动原理，利用“刀具反转法”进行计算，假设工件静止不动，车刀进行与C轴反向的转动，则得到凸轮轮廓曲线相近的两个插补点分别为(xi,yi)，(xi+1,yi+1)，αi为转角进给增量坐标，当xi≠0，yi≠0时则有：
其中，n为象限的编号。
当αi<αc时，则不可加工，其中αc为阈值，且αc>0。
当xi=0时，如果yi=yi+1；或yi=0时，xi=xi+1，则轮廓不可以使用本方法加工。
步骤3）插补点的计算按照平面XY的加工计算，按照等误差直线逼近方法计算。

Claims (8)

1.一种用于非圆柱曲面的数控车削加工自动化编程方法，其特征在于：提出利用普通的具有X、Z轴的数控车床进行非圆曲面的车削加工工艺方法，提出了利用经典的线架、曲面和实体模型识别制造特征，进行自动化数控程序编制，最后生成NC程序。
2.本发明的目的是通过下列技术方案实现的：1）加工截面元素提取；2）截面元素合理性判断；3）加工可行性判别；4）加工操作编程模式定义； 5）数控程序后置处理。
3.根据权利要求1，可以在输入的通用CAD软件模型的基础上，通过特征识别算法和交互的元素选择得到编程需要的制造特征，能够设置刀具的几何参数和切削参数，进行刀具角度的合理性检查。
4.根据权利要求1，提出加工NC程序的结构，利用单一螺纹插补指令的径向螺纹方式实现同截面内的非圆截面加工，轴线不同截面的逼近加工形成了非圆曲面零件形状。
5.根据权利要求2，加工截面元素提取计算流程包括：①通过数字化选择截面元素；②判断选择元素的类型；③元素基本类型提取。
6.根据权利要求2，截面元素合理性判断计算流程包括：①基本元素起点、端点和控制点的计算；②判断元素平面是否同回转轴线垂直；③元素是否组成为单一的闭曲线。
7.根据权利要求2，加工可行性判别计算流程包括：①计算插补点；②计算压力角；③判断压力角是否合理。
8.根据权利要求2，数控程序后置处理流程包括：①定义机床接口文件；②计算插补点直角坐标；③坐标变换；④输出加工用的机床坐标；⑤输出其它指令。
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