數(shù)控編程論文
引導語：數(shù)控編程現(xiàn)在已經越來越被廣泛運用，那么有關數(shù)控編程論文要怎么寫呢？接下來是小編為你帶來收集整理的文章，歡迎閱讀！
引言
數(shù)控編程是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內容,按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。程序編制的方法主要有手工編程和自動編程兩類。近年來數(shù)控技術發(fā)展得十分迅速,數(shù)控機床特別是數(shù)控車床的普及率越來越高,但是,數(shù)控車床在加工過程中遇到輪廓較復雜的零件時,用人工編寫數(shù)控程序要花費大量的時間,且易出錯[1,2]。采用CAD/CAM集成技術實現(xiàn)數(shù)控加工程序的圖形化自動編程是當今的主流[3]。
目前國外有許多高檔的CAD軟件,如Pro/E、UGⅡ、IDEAS、MasterCAM、Cimatron等,均有性能良好的CAM模塊,可利用其三維實體數(shù)據(jù)生成NC程序。但這些軟件較難掌握,且價格昂貴。而國內一些基于Autodesk公司的AutoCAD軟件為支撐平臺研制的自動編程系統(tǒng)中[4,5],較多的方法是由AutoCAD生成零件加工圖形,從而生成DXF格式文件,然后,系統(tǒng)通過對DXF圖形文件進行分析,讀取數(shù)控加工所需的零件幾何信息。國內也有基于圖形的數(shù)控車床自動編程系統(tǒng)的研究[6,7],但還未見具體軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)。
本系統(tǒng)采用自行開發(fā)的二維圖形軟件包實現(xiàn)加工零件輪廓的圖形描述,經過工序劃分以及加工工藝參數(shù)的人機交互式輸入,實現(xiàn)了數(shù)控加工程序直接從圖形到程序的自動編程。
1.系統(tǒng)框架結構和功能
本系統(tǒng)結構模塊的組成框主要由以下模塊組成:
(1)加工工藝規(guī)劃模塊。此模塊根據(jù)數(shù)控加工工藝特點,將其分解為開口槽腔、閉口槽腔、端面車削、螺紋、切斷等工步(開口槽腔、閉口槽腔、螺紋分別有外圓和內孔之分)。任何車削加工零件的外形輪廓加工工藝都可以拆分為以上工步。每一工步都有粗、精加工,可以通過工序管理器來實行加工程序的合并。
(2)特征圖元繪制模塊。此模塊具有簡單的CAD造型功能,能夠完成零件二維輪廓的繪制。
同時在刀位軌跡生成以后能夠實現(xiàn)軌跡的圖形仿真顯示。
(3)工藝參數(shù)設定模塊。此模塊對各種加工工藝參數(shù)進行交互式輸入,包括起刀點、進退刀矢量、加工余量、切削深度、進給量、切削速度以及機床主軸轉速等工藝參數(shù)。
(4)刀位軌跡生成模塊。此模塊根據(jù)所選擇的工步以及走刀方式,自動生成刀位軌跡。
(5)G代碼生成模塊。此模塊將系統(tǒng)生成的刀位軌跡轉換為數(shù)控車床加工G代碼程序并以文本文檔的形式輸出。
2.零件輪廓的表達以及圖形輸入
數(shù)控車床加工的零件多以軸類及盤類零件為主,盡管這些待加工零件是真三維的,但是在實際加工中,一般都是二維的,即刀具在一次切削過程中始終在X-Z平面內運動。因此,本系統(tǒng)可以用直線、圓弧來完成加工零件輪廓的二維描述。
2.1零件輪廓的表達
數(shù)控車床加工的零件,其表面輪廓段一般都由直線和圓弧等構成,針對這種情況建立了零件輪廓的統(tǒng)一表達模型,將構成零件輪廓的各輪廓段統(tǒng)一用輪廓邊界點表示,這樣便可以建立整體輪廓的統(tǒng)一描述。可以認為零件的整體輪廓均是由直線和圓弧構成的,對于自由曲線,可以根據(jù)自由曲線輪廓段的表面粗糙度要求,采用有理B樣條插值算法將其離散為一系列直線段。
把構成輪廓表面的各輪廓統(tǒng)一稱為邊界點,那么整條輪廓便是由多個首尾相連接的邊界點所組成,每一邊界點內含有一個描述邊界性質的幾何點點集。直線是一個包含兩個幾何點(起點和終點)點集的邊界點;圓弧是一個包含3個幾何點(起點、終點和圓心)點集的邊界點,由于三點不能唯一確定一條圓弧,因此,可以再加上圓弧的旋轉方向(順時針或者逆時針)來確定圓弧。本系統(tǒng)采用面向對象的計算機編程語言Python開發(fā)[6,7],在數(shù)據(jù)結構上采用
Python語言的數(shù)據(jù)類型列表來表示一個輪廓段的邊界點。如圖2(a)所示的零件輪廓段的數(shù)據(jù)結構為:Part=[(′Line′,[(2010,12010),(381366,861405)]),(′Oval1′,[0,(381366,861405),(811176,1021418),(591198,621341)]),(′Oval1′,[1,(591198,621341),(461535,381039),(721116,471866)]),(′Line′,[(721116,471866),(821156,201065),(1411307,201065)])]。其中,直線的標志為‘Line’;圓弧的標志為‘Oval1’,圓弧后面的點集列表中的1表示順圓,0表示逆圓。
2.2圖形輸入
零件幾何圖素的輸入主要包括點、線、圓的輸入,通過系統(tǒng)給出的繪圖工具在繪圖區(qū)繪出。如點可以通過鍵盤形式進行參數(shù)輸入,也可以直接通過鼠標點擊輸入。系統(tǒng)提供了直線和圓弧的繪圖工具。直線主要通過兩點來生成,選取直線的繪圖工具以后,在繪圖區(qū)直接鼠標點擊就可以生成直線,連續(xù)點擊將生成首尾相連的多條直線。圓弧的繪圖工具包括三點圓弧(起點、終點和圓心)以及兩點半徑圓弧(起點、終點和半徑),通過圓弧的旋轉方向來最終確定為順時針圓弧還是逆時針圓弧。
幾何元素輸入后分別以點線圓的標準形式存放于幾何參數(shù)表中,其中點的記錄內容為坐標值(X,Y),直線和圓弧的記錄內容如上文所述。這些數(shù)據(jù)都以列表的形式存放在計算機的內存中。圖2所示為本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控車削加工工藝劃分的開口槽腔和閉口槽腔的圖形顯示,其中開口槽腔定義為用水平線與零件輪廓線求交時有且只有一個交點的輪廓形狀,閉口槽腔則只有兩個交點。
零件輪廓數(shù)據(jù)輸入后往往需要進行修改,可利用圖形編輯菜單項中的撤消、重畫、刪除等功能最終形成該零件的加工輪廓圖形。直線和直線相交的地方,可以進行倒角處理,在作圖過程中,選擇倒角功能,可以通過數(shù)據(jù)顯示功能來選擇倒角方式(直線倒角還是圓弧倒角),輸入倒角的參數(shù)最終實現(xiàn)倒角。
3.刀位軌跡和G代碼程序的生成
刀位軌跡以及G代碼生成是本系統(tǒng)的核心部分,根據(jù)前面所述的工步劃分,選擇合適的工步,繪制零件的加工表面二維輪廓圖形,可以使用系統(tǒng)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫自動提供的預設加工工藝參數(shù),也可以通過人機交互方式完成工藝參數(shù)的輸入。同時也可以修改某一工藝中的刀具參數(shù)、切削參數(shù)等。數(shù)控加工中為減少多次安裝帶來的安裝誤差,一般采用一次安裝。
對那些需要調頭加工的部位采用右偏刀反向走刀切削,此外,對于端面處的開口槽腔,加工時可以選擇向下的切削方向。因此加工時的切削方向分為向左、向右和向下的切削方向。
在刀位軌跡規(guī)劃中,粗加工的刀位軌跡規(guī)劃是關鍵,精加工只是刀具沿著輪廓線走刀,因此其刀位軌跡的生成算法僅僅是加工零件表面曲線的偏置,圖3所示為開口槽腔加工時的刀位軌跡生成程序框圖。而粗加工往往還跟零件的毛坯形狀有關,本系統(tǒng)可以繪制外圓以及內孔加工時的毛坯輪廓曲線,跟零件輪廓曲線結合而確定加工區(qū)域。根據(jù)加工參數(shù)中的起刀點、加工余量、進退刀矢量等參數(shù),用水平線與加工區(qū)域求交,求得的交點即為刀具刀尖的運動點坐標。
在點擊主界面上的生成G代碼的按鈕后可以將生成刀位軌跡和G代碼程序顯示在界面上,并可以將零件信息、毛坯信息、加工工藝參數(shù)和G代碼程序一起用文本文件保存下來。如圖4所示,主界面左邊顯示的就是圖3中的開口和閉口槽腔沿負Z軸方向水平切削的刀位軌跡,右下角顯示的是生成的G代碼程序。
4.結束語
本系統(tǒng)是一個CAD/CAM集成的數(shù)控車床自動編程軟件,只要按照本系統(tǒng)所劃分的數(shù)控車削加工工步,將待加工零件進行工藝規(guī)劃,分解成各種工步,每個工步都可以單獨生成可用的加工程序,也可以通過本系統(tǒng)的工序管理器模塊進行工步合并,生成一個總的G代碼文件。本系統(tǒng)集繪制圖形、工藝參數(shù)處理、刀位軌跡和G代碼生成于一體,具有學習、使用簡單的特點。
隨著基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究越來越深入,以Windows以及Linux為平臺的數(shù)控系統(tǒng)必將得到更為廣泛的應用。本系統(tǒng)以華中數(shù)控有限公司生產的HNC-21/22世紀星系列數(shù)控車床為基礎設計的。采用Python語言編寫[5,6],可以在Windows和Linux等多種操作系統(tǒng)平臺下使用。本系統(tǒng)既可以作為開放式數(shù)控系統(tǒng)的編程模塊,也可以自成體系作為CAD/CAM軟件以及離線編程系統(tǒng)使用,因此具有良好的應用前景。
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