数控编程模板化研究（精选4篇）
数控编程模板化研究 篇1
1 研究意义及国内外研究现状
1.1 研究意义
在数控加工中, 一般是由编程人员手工从图纸中提取零件信息, 结合加工工艺要求, 根据数控加工程序的标准手工编制加工程序, 速度慢, 人为因素多, 影响了整个制造过程的效率, 也增加了产品质量的不稳定性, 是零件制造从设计到制造中的薄弱环节。所以为了适合制造过程中零件设计和加工的效率、缩短生产周期, 降低人为因素的影响, 稳定产品质量, 需要实现从计算机零件图形到数控代码的自动编程。
1.2 国内研究现状
研究目标:广泛应用于微机, 投资少且易于推广应用;具有一定的会话及图形显示功能, 可及时发现错误, 及时修改, 得到正确的程序;系统配有后置处理程序, 并快速生成用户需要的不同的后置处理程序。
典型代表有:刘升明、李建军等人针对冲压产品提出了参数化建模, 该系统对于几何模型的建立提出了非常有意义的算法;林峰等人提出基于图形数据的图形参数化方法;张林煊等提出了基于积木式拼结思想的零件图的参数化设计方法[1]。
1.3 国外研究现状
Parametric Technology公司推出以参数化、特征技术为基础的新一代实体造型技术。Rolle D, Schonek F and Verroust提出了基于尺寸参数的参数化设计系统, 即尺寸驱动C A D系统, 该系统根据C A D系统中 (一个或多个) 关键尺寸的变化而调整几何模型。Roller D, Kondo K、Watson S先后提出了作图规则匹配法, 几何作图局部求解法等参数化设计算。
2 研究目标及内容
2.1 研究目标
(1) 研究数控铣削加工编程中不同类型零件的自动编程方法、自动编程软件的应用现状, 分析目前自动编程存在的问题, 比较其优劣并提出解决方案。
(2) 分析数控铣削典型零件的几何形状特点, 明确其共同特征, 研究采用参数化编程结合复杂零件图形编程对加工零件进行自动编程的方法。
(3) 研究基于PC的数控铣床自动编程软件的实现方法。
2.2 研究内容
(1) 分析目前数控铣床自动编程的问题。研究数控铣削中同类零件的参数化程序设计方法, 以及针对复杂零件参数化编程存在的困难, 分析利用零件图形模型作为辅助手段编程的可行方法。
(2) 分析数控铣削零件的类型和结构相似性, 研究零件的具体加工工艺, 确定了选择参数的方法;对零件加工路线进行分析, 研究了切削过程与参数编程的关系。
(3) 研究在PC平台上建立零件图形库、工艺库、专家库, 程序库的方法, 在分析制订出零件的加工方案之后, 通过参数输入和图形数据后台处理, 自动生成加工的NC程序, 并通过接口输入数控机床。
3 拟解决的关键性问题
本课题主要解决以下四个关键问题。
(1) 数控铣床加工典型零件参数数据库模块的建立。
(2) 零件图形参数化造型模块的建立与加工数据分析。
(3) 程序自动生成模块的开发。
(4) 人机交互界面模块的设计。
4 研究方法、技术路线
4.1 研究方法
选用Windows XP这一被广泛应用于个人电脑的操作系统作为系统开发平台, Acess2003数据库软件作为储存加工参数信息的数据库平台, 使用Auto CAD作为零件二维图形数据开发平台, 选用VC++作为系统开发工具。通过对数控铣床典型加工零件进行分析, 获取零件结构特征参数。针对不同零件, 通过调用零件加工参数确定零件加工过程, 也可以通过Auto CAD生成的零件二维图形信息读取零件结构特征, 确定加工工艺、走刀路线、切削参数后, 通过系统自动生成NC程序并输出到机床。机床与PC平台间采用串口连接, 方便文件传输。
4.2 技术路线 (图1)
4.3 由此设计实验方案如下
(1) 提取轮廓信息, 生成刀位数据, 从DXF文件的/ENTITIES0段中, 我们可以获得图形的所有线条信息, 如LINE、CIRCLE、ARC等等, 这些也就是零件的轮廓信息。根据不同的线条类型, 我们可以获得相应的数据, 例如LINE就可以获得起终点坐标, 而A R C获得的则是圆心坐标、半径、起始角、终止角 (和X轴正向的夹角) 。如果是PLINE或RECT, 应该采用将第一个点作为第一条线的起始点, 第二个点在为第一条线段的终点的同时又是第二条直线的起点, 第三个点依此类推的方法, 将其分解成LINE[2]。
(2) 特征造型, 特征造型主要是根据用户从用户界面输入的零件参数和以数据文件存储在数据库中的设定参数, 进行结构参数的计算。计算过程中所要查的表格数据库的文件格式预先存储于数据库中, 计算完成后, 得出的数值结果传递到图形库中完成特征造型[3]。
(3) 加工要求和工艺信息获取, 加工要求一般通过人机界面进行交互性输入, 如走刀路线、零件材料、加工精度等等, 这是加工和工艺参数获取的必要条件, 根据加工要求可以在已有的工艺专家库中获取相关工艺参数, 如刀具转速、进给量、切深、是否需要切削液等等, 以备自动编程的时候使用。
(4) 进行自动编程处理, 经过前面各种信息的处理, 就可以直接进行自动编程处理了, 一般可以分为三部分:程序头、程序体和程序尾, 不同的部分有不同的编程规则。在程序头中, 需要处理程序单号、工件坐标系、刀偏、刀具半径偏差、刀具长度偏差、进给速度、主轴转速等;对于程序体, 由于刀位数据已经很完善, 只要转换成代码即可;程序尾主要处理取消刀偏、回归参考点、停止冷却液、停止主轴等, 相对简单, 而且都可以采用通用的结构[4]。
(5) 通过后置处理生成数控加工程序并在系统上进行校验, 通过轨迹仿真的方式检查程序错误或者加工干涉等问题, 若准确无误则通过PC与机床接口直接输入机床。
5 可行性分析和创新性
5.1 可行性分析
对于一般教学用数控铣床来讲, 数控系统应当是能够方便、准确的进行一般零件的编程和加工控制的, 而且操作起来无障碍。本课题研究的基于PC的数控系统的主要目标就是方便操作和编程, 省去了大量时间, 且能够解决大部分铣床加工零件的程序编制问题, 由于选用PC作为系统平台, 各种辅助软件均可以随时调用, 共享信息, 出现错误可以立即修改, 降低了操作人员使用难度, 具有较好的可行性。
5.2 创新性
低成本构筑的面向职业类院校的开放式系统, 且系统具有可扩展性、可重用性、可维护性。
摘要：本文从研究本课题的意义及国内外研究现状、研究目标及内容、拟解决的关键性问题、研究方法、技术路线、可行性分析和创新性五个方面入手, 低成本构筑面向职业类院校的具有可扩展性、可重用性、可维护性的基于PC的数控铣床图形参数化编程开放式系统。
关键词：数控铣床,图形参数化,系统
参考文献
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[4]郭成操, 江书勇.图形自动编程系统的设计[J].成都电子机械高等.专科学校学报, 2004 (3) :2.
数控编程模板化研究 篇2
在大多数情况下, 先是由直线与圆弧构成的平面轮廓, 再由平面轮廓、槽、孔等元素构成机器零件实体, 加工过程中, 又是在毛坯的基础上以减少实体材料 (金属切削) 的方式加工出零件的, 因此, 无论是什么数控系统都是以直线与圆弧作为基本的编程元素, 如G01、G02、G03则是直线与圆弧的编程指令, 若零件不是由直线或圆弧而是由非圆曲线构成的话, 就无法用基本的编程指令完成编程。非圆曲线有许多种[1], 大体可分成能够用数学表达的方程曲线如椭圆、抛物线、星型曲线等和不能用数学表达的列表曲线如蚌线、心脏线等。在此仅以能够用数学表达的方程曲线构成的平面曲线轮廓与立体曲面进行数控加工R参数化编程的研究。
1 零件轮廓或曲面的插补处理及算法
1.1 插补处理
非圆曲线在进行数控编程之前, 需要插补处理。所谓插补是指按一定的算法, 计算出轮廓曲线上某些中间点坐标值的过程[2]即“数据密化”。从本质上讲, 插补处理也就是数学上连续曲线的离散化处理过程, 它是将一个连续的曲线分割成若干个微小的线段, 每段用直线或圆弧 (即逼近线) 去逼近轮廓曲线以此代替原有的非圆曲线, 逼近线与轮廓曲线的交点或切点称为节点。显然, 当节点的数量足够多时, 密化程度就越高, 拟合出的曲线越光滑, 所得到的轮廓曲线精度即插补精度就越高, 但加工指令自然也就越长, 降低了数控系统的运算速度, 从而影响零件加工的效率, 因此, 数据密化的程度要适当。
离散化处理有多种方法。在数控加工离散化处理中, 主要有积分插补法、数据采样法、等误差插补法与等距切片插补法等, 但无论哪种方法, 均以零件加工精度为标准。
1.2 列表曲线的插值计算
实际零件的轮廓形状, 除了由直线、圆弧或其他方程曲线组成的连续光滑轮廓之外, 有些轮廓形状是由实验或测量获得的若干数据点。通常, 这些点是用表格形式给出的坐标点, 由此形成的曲线常称为列表曲线[3], 列表曲线形成的轮廓是非光滑的。为了获得比较光滑的零件轮廓, 常在两个点之间插入一些点, 称为插值计算, 常用的方法有牛顿插值法、二次样条曲线拟合、圆弧样条拟合等, 目前常是用二次拟合法。
1.3 常用的算法研究
从逼近方法上看, 常有两种, 即直线段逼近法与圆弧逼近法。所谓算法就是要根据不同的逼近方法找出节点的相应计算方法[4], 用直线段逼近非圆曲线, 目前常用的节点计算方法有等间距法、等弦长法、等误差法和等圆心角法;用圆弧段逼近非圆曲线, 常用的节点计算方法有曲率圆法、三点圆法、相切圆法等。
1) 等间距直线段逼近法:等间距法就是将某一坐标轴划分成相等的间距, 间距两点之间用直线段代替原有曲线, 如图1 (a) 所示。等间距法的显著优点是计算方便, 特别适合于程序循环编程, 其特点是在曲率半径大小直接影响插补精度。2) 等弦长直线逼近法:用长度相等的线段去逼近轮廓曲线, 如图1 (b) 所示, 其优点是程序段的线段长度相等, 缺点是插补误差δ与曲率半径R关系密切, 且坐标值不易计算。3) “三点圆”圆弧逼近法:该方法是在等误差直线段逼近求出各节点的基础上, 通过不在同一条直线上的连续三点作圆弧, 用这样的圆弧逼近非圆曲线, 其缺点是要计算出圆心点坐标或圆的半径值, 计算困难且工作量大, 如图1 (c) 所示。对于无法用方程表示的列表曲线, 利用“三点圆”圆弧编程指令CIP, 编程可大大简化, 该方法具有明显的优势。4) 等圆心角直线段逼近法:等圆心角法就是将某一弧线所对应的圆心角分成若干等分, 每一等分圆心角 (即步距角) 所对应的弧用弦代替即“弦逼弧”。如图1 (d) 所示。该方法的显著优点是计算方便, 特别适合于曲线方程变量为角度的情况, 如椭圆、多边形等轮廓的循环编程。除此之外, 还有等误差法直线段逼近法、相切圆圆弧逼近法等, 它们各有优缺点。
2 采用成组技术构建同类零件的数学模型
利用事物间的相似性, 将许多具有相似信息的研究对象归并成组, 并利用大致相同的方法去解决相似组中的生产技术问题, 以达到规模生产的效果, 这种技术称为成组技术。在机械加工中, 零件形状相似, 则制造工艺相似、数控程序相似[4]。对于能够用数学表达的方程曲线构成的平面曲线轮廓或立体曲面, 当其方程相同时, 则其形状相似, 就可以构建同类或同族零件的数学模型即主样件, 再编写主样件R参数子程序并存贮于计算机中[5]。使用时, 只需输入具体零件实际参数, 用实参代替形参, 达到零件与程序的“一对一”效果, 最后输出该零件的数控加工程序。
3 平面曲线轮廓参数化编程
SINUMERIK R参数具有算术运算与逻辑运算的强大功能, 还能够运用C语言等高级计算机语言构成复杂的功能模块, 应用十分方便、灵活[6,7]。
如2图所示的键槽零件族, 可编制通用的R参数子程序, 再通过主程序调用, 实现键槽同族零件中任意键槽的加工, 设参数R01=槽的长度, R02=槽的宽度, R03=槽的深度, R04=过度圆半径, R05=刀具半径, 键槽R参数子程序如下:
JANCAO.SPF;键槽加工子程序
N05 G90 G01 X0 Y0;槽的中间先加工一刀 (1-2点)
N10 G41 D02 X=-R04 Y=- (R02/2-R04) ;建立刀补 (2-3点)
N15 G03 X0 Y=-R02/2 CR=R04;圆弧切入 (3-4点)
N20 G01 X=R01-R02 Y=-R02/2;加工下直边 (4-5点)
N25 G03 X=R01-R02 Y=R02/2 CR=R02/2;加工右半圆
N30 G01 X=0 Y=R02/2;加工上直边 (6-7点)
N35 G03 X=0 Y=-R02/2 CR=R02/2;加工左半圆 (7-4点)
N40 G03 X=R04 Y=R04 CR=R04;圆弧切出 (4-8点)
N45 M17
加工某一键槽, 其长度为120、宽度为70、深度15, 则只需要对每个R参数赋值即可, 若选用Φ32的键槽铣刀, 则过度圆半径取28, 再调用键槽加工子程序, 其主程序设计如下:
键槽加工主程序
DIAOYONG.MPF;调用子程序
N05 G90 G54 G00 X0 Y0 Z25;到达起始点
N10 M03 S600 F80;选取, 下刀
N15 R01=120 R02=70 R03=15;给各R参数赋值
N20 R05=16 R04=25 JANCAO;调用R参数子程序
N25 G00 Z25 M05
N30 M30
由此可见, 只要有了同族零件R参数子程序, 就可以加工同族中的每一个零件, 无需“一对一”地去编写每个零件的程序, 极大地提高编程效率。
现在分析平面曲线轮廓的参数编程, 如图3所示, 它由椭圆构成的平面曲线轮廓凸台零件, 椭圆的参数方程是:X=R02*COS (R01) , Y=R03*SIN (R01) , 其中R02为长半径, R03为短半径, R01为圆心角, 用于控制插补精度与边界:整椭圆0º~360º, 四分之一椭圆0º~90º, 应用参数及循环功能来编写椭圆参数子程序, 其关键点归纳为:
1) 设定初始值, 如下面程序片段中的N25;2) 采用等圆心角直线段逼近法, 步距角R01=1º控制插补精度, 如N30;3) 边插补计算边走刀加工, 如N35;4) 通过控制边界判断循环的结束。即N40程序段的“IF----GOTOB”循环条件控制语句。
程序片段如下:
……
N25 R01=0;初始角度为0
N30 MM:R01=R01+1;设定步长为1
N35 G01 X=R02*COS (R01) Y=R03*SIN (R01) ;
计算坐标完成直线插补:
N40 IF R01<=360 GOTOB MM;循环判断, 直到等于360度与切入点重合
……
同样, 只要有了椭圆族零件R参数子程序, 就可以加工一个任意尺寸的具体椭圆零件。
对于其他平面曲轮廓的R参数编程, 均可采取类似的方法进行。
4 立体曲面参数化编程
4.1 工艺分析
选题意义:图4所示的零件, 其外形是立体半椭球的规则曲面, 它在三个轴线的截平面均为椭圆, 体现出真正意义上的立体曲面, 其参数编程具有通用性, 典型性及推广价值。
装夹方案:可根据零件尺寸大小及实际情况选择通用夹具或设计专用夹具进行工件的装夹。
零件设定:XY坐标零点设在工件的中心位置。工件的上表面是执行刀具长度补偿后的Z轴零点。
刀具选择:视椭圆大小选用合适的平底键槽铣刀 (粗加工) 与球头铣刀 (精加工) 加工椭圆外形轮廓, 达到尺寸要求, 铣刀半径参数为R05, 采用刀心编程, P点坐标等于轮廓尺寸加铣刀半径。
4.2 编程思路
设R01、R02、R03分别是椭球XYZ各轴所对应的半径, R05平底铣刀半径, 采用“刀心”方式编程, 研究表明, 椭球程序编制的四个关键步骤如下:
1) 椭球如何分层及层数的循环与控制;2) 每层椭圆的加工循环与控制;3) 各轴的坐标计算;4) 加工方向的确定。
由此可见, 要用内外两层循环才能实现立体半椭球的编程, 外层循环R01控制椭球的层间循环, 内层循环R02控制某一层椭圆的加工循环。
走刀路线可选择逐层向下或逐层向上。从图5中可以看出, 无论哪种走刀, 加工余量都是不均匀的, 经过粗加工后, 半椭球的大体形状初步成形, 余量不均匀状况有所改善, 采用逐层向下加工, 开始加工的宽度余量较宽, 需要较大直径的刀具;采用逐层向上加工, 开始加工的深度余量较深, 需要较大刃长的刀具[8], 这就要根据椭球长短径比来确定了, 现采取逐层向上加工的方法编写数控R参数子程序。
设P点为半椭球上的任意一点, 过P点的水平截平面所截得的椭圆轮廓如图虚线所示, 在主视图上是一条直线, 另两个视图上的投影, 如虚线椭圆 (或半椭圆) 所示, 通过变量R01求得不同水平截平面所截得椭圆轮廓, 不同层的椭圆由R01角度变量控制, 步距角R01=1º, 取值范围为0º~90º, 同一层椭圆轮廓的任意位置是K点, K的位置由R02变量控制, 步距角R02=0.5º, 取值范围为0º~360º。
4.3 立体半椭球参数子程序
BANTUOQIU.SPF;立体半椭球的子程序名
N05 R01=0:R01层变量, 从底层开始逐层向上加工
N 1 0 K P 1:R 3 0= (R 1 0+R 0 5) *C O S (R01) ;计算P点X坐标
N15 R31= (R11+R05) *COS (R01) ;计算P点Y坐标,
N20 R32=R12*SIN (R01) ;计算P点Z坐标
……
N60 IF R01<=90 GOTOB KP2;外层循环结束, 刀具到顶部
N65 Z=INC (10) ;抬刀10mm
N70 RET;子程序结束
5 结论
平面非圆曲线轮廓特别是立体曲面的数控编程向来复杂, 尽管可采用UG一类的编程软件来解决, 但毕竟都是针对某一个具体零件“一一对应”去编写程序的, 零件造型及生成的程序也只能用在某个具体的零件上, 比较费工费时, 而且成本又高, 是一次性的, 无重复使用可言!通过建立成组零件的参数模型, 编写成组零件的参数子程序, 同组零件只需赋予相应的变量值, 就可用同样的R参数子程序加工, 无需“一对一”地去编写每个零件的程序, 可以说是以“成组零件的参数子程序”的不变应“同组具体零件”的万变的, 一个参数子程序可无限次重复使用!极大地提高编程效率。
因此, 该项成果具有积极的现实意义与推广价值。
摘要：由曲线方程或立体曲面方程构成的平面或立体零件广泛存在, 这类零件若用离散法逐点手工算点编程已无法满足现代数控加工的要求, 采用成组技术与SIEMENS系统R参数相结合的方法, 从零件轮廓或曲面的参数方程入手, 研究插补方法、进行算法分析、零件工艺性审查, 设定并建立各参数之间的数学模型, 实现平面曲线轮廓与立体曲面的数控编程的参数化。结果表明, 同组零件只需赋予相应的变量值, 就可用同样的数控程序加工, 无需“一对一”地去编写每个零件的程序, 极大地提高编程效率。
关键词：平面曲线,立体曲面,插补,算法,数控加工,参数子程序,效率
参考文献
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数控编程模板化研究 篇3
随着科学技术的发展, 数控技术正逐渐成为制造业中一项重要的技术被广泛应用。普通车床的数控化以及复合加工中心的普及, 都需要我们不断提升专业技能和拓展知识面, 数控编程作为数控技术中的重要一环尤为重要。编程一般分为手工编程和自动编程两种方法。对于加工形状简单的零件, 计算比较简单, 程序不多, 采用手工编程较容易完成, 因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中, 手工编程仍被广泛应用。但对于较复杂的曲面加工的非圆曲线 (正弦曲线、圆锥曲线等) , 用手工编程方法处理就会产生周期长、计算量大、精度差、易出错的弊端, 难以满足生产要求, 当然部分零件也可以通过手工参数化编程很好地解决这一问题。
在自动编程软件广泛应用于数控加工的今天, 人们往往忽视了对一些机床自身具有的特殊功能的开发和利用, 往往认为手工编程有局限性, 对复杂的空间曲面等复杂零件无法实现手工编程加工, 必须采用具有强大CAD/CAE/CAM功能的软件来生成零件所需的数控加工程序。自动生成的加工程序一般情况下字节都非常多, 因此伴随而来的是机床本身必需具备大容量的存储器, 否则机床本身系统可能不能运行或者出现崩溃, 而且对零件加工过程中出现的错误程序检查起来非常麻烦, 此外, 用手工编程计算各节点坐标也需要花费大量时间。基于以上问题, 我们对西门子系统810D数控车铣加工中心上自带的R参数功能的自定义程序进行了研究, 通过编制一些曲线加工程序, 开发并延伸了数控机床本身的辅助计算功能, 巧妙地运用R参数能够使我们的程序做得简洁而实用, 节省了大量的曲线加工取点、编程时间, 免除繁琐的数值计算, 减少了程序占用机床内存的空间, 而且使用起来方便快捷。通过这种参数化的编程, 我们的程序不仅可以用来加工某一个具体的零件, 而且还可以像固定循环程序那样用来加工某一类的零件, 从而使加工程序具有较好的通用性。
2 参数化编程和R参数的定义
2.1 参数化编程
参数化编程是编制由各种完成特定功能的变量组成的程序。在加工中经常遇到一些零件上有许多相同或相似的几何形状体的零件, 如果把这些几何形状体一一编程编写出来, 不但程序很大, 数据较多, 而且出现错误也不易检查出来, 为解决这一问题, 我们总结出了一种参数化编程方法。在编写加工程序时, 把一组命令构成的某种特定功能, 像子程序那样记录在存储器中, 其功能可用一个命令来代表, 并使用该命令调用它。其一组命令称为参数指令体, 代表的命令称为参数指令。用户不必记忆参数指令体的一组命令, 只要记忆代表参数指令体的参数指令即可。用参数程序的特点是参数程序中有变量, 变量之间可进行运算, 用参数指令给变量设定实际值。把某个功能作为参数程序编程时, 可将变化的值、未知值作为变量编程。这种变量式编程称之为参数化编程。参数化编程也称为零件类编程, 对属于同一类的一组相似零件, 通过使用变量而不是特定的尺寸数据和加工数据来进行编程。简单来说, 如果要加工一组形状相似尺寸不同的零件, 传统的方法是对每个零件进行编程。但更有效的方法是采用参数化编程来编制适用该组零件任一尺寸的程序, 以变量来替代特定的尺寸, 每次使用只需给变量进行赋值就可以重新使用程序。
2.2 R参数
算术参数R常称R参数, 也就是上面参数化编程中提到过的一种变量, 是一种系统预定义的实型数据的算术变量, R参数是个非常灵活的参数, 共有100个, 在编程中可对这些R参数进行赋值, R参数还可进行加、减、乘、除、开方、乘方、三角函数等运算。在编制零件加工程序中, 利用系统提供的高级编程功能及R参数, 可实现数控程序的逻辑判断、比较、转移及各种运算, 为解决特殊零件的数控编程问题提供了方便。
3 运算规则和常用的高级编程指令
3.1 运算规则
R参数可以作为除N和@ (@为特殊功能码) 外任何地址的变量, 在主程序和子程序中使用。R参数可以预先进行赋值, 然后参与进行算术运算和逻辑运算。一个程序句中最多可允许有1O个R参数。在计算操作时, 通常符合数学计算规则。在处理中需优先处理的用圆括号给出。对于三角函数和它的反函数其单位是度 (直角=90°) 。
例如:R1=R1+R2*R3, 它的运算过程为:先计算R2*R3, 然后加R1的赋值, 再赋值给R1。再执行一次时, 如果没有新的R1赋值, 执行第二次R1=R1+R2*R3+R2*R3 (其中R1+R2*R3是第一次执行时赋予新R1的) 。这种运算每进行一次, 就会产生一个新的R1参数, 新的R1参数就会参与在下一次的运算过程中, 直至运算结束产生一个更新的R1参数。这个更新过的R1参数还要作为一个R1参数, 参与到下一轮的运算中。
3.2 常用的高级编程指令
高级编程内容很多, 常用条件转移指令及循环指令的格式及用法如下:
(1) 条件转移指令格式
如果<表达式1>成立, 那么执行程序段1部分。否则执行程序段2部分。
(2) 循环指令格式
如果<表达式2>成立, 重复执行程序段1部分, 否则跳出循环执行程序段2部分。
(3) 无限程序循环LOOP
无限循环在无限程序中被应用。在循环结尾总是跳转到循环开头重新进行。
(4) 计数循环FOR
当一个带有一个确定值的操作程序被循环重复, FOR循环就会被运行。记数变量同时会从初始值到最后值增加数值初始值必须小于最后值。变量必须属于INT类型。
(5) 在循环开头带有条件的程序循环
(6) 在循环结尾带有条件的程序循环
REPEAT循环一旦被执行会不断重复, 直到条件被满足为止。
编写数控程序时, 将高级编程与R参数联合使用, 将使数控程序大幅简化, 同时数控程序也显得更加灵活多变。对于形状相似的零件, 应用高级编程及R参数编制数控程序, 只需编制一个零件的加工程序, 仅需改变R参数的值就可实现对不同尺寸零件的加工, 从而减少编程工作量, 同时还可避免因输入程序时可能产生的错误, 还可省去程序校验时间, 提高工作效率, 降低生产成本。
4 参数化数控编程应用举例
4.1 手柄刻度实例
本零件是我们公司设备维修时, 手柄重新刻度的程序, 如果采用计算机编程每更改一次直径均需要重新建模做程序, 而用参数化编程只需更改很少内容, 就能够加工符合要求的工件。本件尺寸仅限探讨, 所以可能有原件不符。
此程序根据刻度的雷同性, 把程序参数化以对类似的零件只做简单参数赋值就可加工出符合要求的零件。
4.2 椭圆型腔铣实例
本图形是我公司一次考试中实操题的局部, 其他部分程序很简单, 不再详述。
这个程序根据图形需要选择合适刀具及参数, 可以加工出任意大小, 任意深度, 任意椭圆曲线、任意椭圆数量的梅花图形, 只需赋值, 其他部分不用做任何修改。当然如果只选取椭圆曲线程序的部分, 就可加工任意大小深浅的椭圆曲线。这就给以后加工类似零件减少了工作量, 提高了工作效率, 节约了尺寸改动造成的计算机建模编程时间, 程序短小且修改方便。此程序中采用多重循环, 各种循环所实现的功能相差不多, 可根据个人喜好合理选用, 在实际加工中, 远比这个要简单, 在这个程序中, 重点演示参数化编程的灵活性和曲线编程、刀具半径参数化及实际工作中的应用。
5 结束语
随着数控加工技术不断朝高速、高精密方向发展, 提高数控程序的编制质量和效率对于提高制造企业的市场竞争力有着十分重要的意义。目前计算机辅助设计和制造的软件不断普及应用, 数控编程的模式是自动编程逐步取代手工编程。但在我国, 普通数控机床向高速切削数控机床过渡的路还很长, 对于传统的普通数控机床无法实现高速切削加工, 采用软件编程策略难以发挥普通数控机床的加工效率, 且传统数控机床普遍存在内存容量小的缺陷, 因此合理有效地利用传统数控机床的优势, 结合CAM软件自动编程和手工编程两种方式, 编制简洁合理的小容量数控程序, 有着非常的现实意义。
摘要：开发并延伸了数控机床本身的辅助计算功能, 巧妙地运用R参数使我们的数控机床程序做得简洁而实用, 节省了大量的曲线加工取点和编程时间, 免除繁琐的数值计算, 减少了程序的机床内存占用, 而且使用起来方便快捷。通过几个实例, 演示参数化编程的强大功能及手工编制曲面的加工程序设计。
关键词：R参数,数控技术,数控编程,参数化
参考文献
[1]SINUMERIK840D810D高级编程手册, 2004, 3.
[2]任玉田等, 焦振学, 王宏甫.机床计算机数控技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2002.6.
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[6]韩鸿鸢, 孙翰英.数控编程[M].济南:山东科学技术出版社, 2005.
[7]明兴祖, 主编.实用数控加工技术[M].北京:兵器工业出版社, 1995.
数控编程模板化研究 篇4
关键词：绳槽零件,数控加工,编程
1 绳槽零件的特征及加工要求
在我公司, 常见的绳槽类零件有两种:①提升机和升船机用到的螺旋绳槽;②矿山卷扬机和水库坝顶门式启闭机中使用的折线螺旋绳槽。景洪升船机卷筒直径4226mm, 长3650mm, 卷筒壁厚133mm, 材料为Q345B, 卷筒单件重量为60t。卷筒外圆面有左、右等长两段螺旋绳槽, 每段绳槽长73×22=1606mm, 螺距73mm, 槽深23mm, 绳槽圆弧半径38mm, 在螺旋绳槽的起始处和结尾处皆无退刀槽, 在起始处绳槽是以逐渐变浅的方式进入, 而在结尾处是以逐渐变浅的方式结束。
景洪升船机共有16个卷筒, 为了保证提升的平稳, 绳槽表面粗糙度Ra6.3, 绳槽底径的制造公差最大不超过-0.3mm, 绳槽底对卷筒轴线的径向跳动不大于0.2mm。
2 数控加工工艺方案比较
绳槽类零件的加工方法可以分为两种:数控铣削方案与数控车削方案。以下分别描述其加工方案, 并进行比较:
2.1 数控铣削加工工艺方案
采用我公司的准260数控镗铣床, 利用回转工作台铣绳槽。机床主要参数如下:主轴箱垂直行程6000mm;回转工作台尺寸:4000×5000mm;回转轴回转精度:8"/360°, 最大承重80t, 主轴最高转速:1000r/min。加工过程分为3步:采用平底尖角铣刀粗铣绳槽、采用球头铣刀半精加工、精加工绳槽。为了提高切削效率, 粗加工时, 选用ф63平底尖角铣刀加工1刀, 切深5.3mm;ф40小面铣刀加工3刀, 切深分别为5mm、6.4mm;ф25棒铣刀加工1刀, 切深3.6mm;加工余量0.5mm, 进给速度300mm/min。铣削示意图如1所示。
粗加工时间估算:
单刀轨迹长度为:22×3.1415926×4226=292080mm
单刀加工时间为:292080/300=973.6min=16.2h
加工两条螺旋绳槽时间:32.5×5×2=162.2h
精加工时可选用的刀具有两种:ф76球头铣刀、ф50球头铣刀。
ф76球头铣刀加工时:半精加工1刀、精加工2刀, 转速为800r/min, 每齿进给为0.25mm, 进给速度为400mm/min。精加工时为了保证粗糙度及尺寸精度, 每齿进给为0.15mm, 进给速度为240mm/min。此时的半精/精加工时间为:
半精加工时间:292080×2/400=1460min=24.3h
精加工时间:292080×2/240×2=4868min=81h
准50球头铣刀加工时:半精加工3刀, 精加工23刀, 此是残余波峰为0.032mm。进给速度600mm/min。
半精/精加工时间为:292080×2×26/600=25313min=421h
根据以上分析, 如果用准76球头刀加工, 铣削时间约需162.2+24.3+81=267.5 (h) , 约11d左右可完成。如果用准50球头刀加工, 铣削时间约需162.2+421=583.2 (h) , 约需24d可完成, 粗糙度高于准76球头刀加工。
2.2 数控车削工艺方案
采用设备:20m数控卧车机床, 其主要机床参数:最大回转直径6000mm, 过刀架回转直径4800mm, 最大承重120t, 主轴最高转速:50r/min。
车削加工过程分为粗车, 半精车, 精车三个工步。
粗车时如果选用8mm槽刀的加工, 沿X轴向一层一层的切削方式, 其层内步距8mm, 层间距0.25mm, 粗加工留1mm余量。车削一个绳槽大约要加工976刀, 如图2 (a) 所示。由于绳槽两端没有退刀槽, 刀具需要在不到1/8圈的范围内进退刀, 故主轴转速设为4r/min。
单刀切削时间为:22/4=5.5min
粗加工时间为:976×2×5.5=10736min=178.9h
粗车时如果选用ф25mm的圆弧刀进行加工, 可采用同心圆分层切削的方式进行粗加工, 如图2 (b) 所示。其层内步距按刀具与工件相切切点间的弧长计算, 层内步距设为10mm, 层间距为0.25mm, 粗加工留1mm余量, 这时车削一个绳槽大约要加工1168刀。
粗加工时间为:1168×2×5.5=12848min=214h
半精加工及精加工时选用ф25mm的圆弧刀, 同样采用同心圆分层切削的方法进刀, 为保证粗糙度及精度, 半精加工一遍, 精加工两遍, 步距设为弧长0.7mm, 加工一遍需126刀。此时残余波峰为0.0033mm
半精加工及精加工时间为:126×3×5.5=2079min=34.65h
根据以上分析, 如果用槽刀粗加工, 用ф25mm的圆弧刀精加工, 加工一件卷筒时间为178.9+34.65=213 (h) , 约9d左右可完成。
如果用ф25mm的圆弧刀进行粗、半精及精加工加工, 铣削时间约需214+34.65=248.65 (h) , 约需11d可完成, 粗糙度高于ф76球头刀加工。
2.3 加工方案的分析对比
对于绳槽铣削加工, 使用准50球头刀进行精加工时, 其加工时间太长, 因此不予考虑。使用准76球头刀铣削加工的方案, 其加工时间约11d, 在合理范围内。此加工方案的优点有:①由于精加工使用的是成型刀, 加工后工件的表面粗糙度可以得到保证。②加工过程中可以随时暂停以便测量或更换刀片刀具等工作。③没有乱扣的风险。④程序编制比较灵活, 可以用参数程序, 也可使用UG编程。但铣削加工方案也有一些缺点:①ф76球头刀需定制, 刀具成本较高。②工件装夹时, 只能从卷筒内部穿螺杆, 搭压板装夹。由于工件高3.6m, 因此不容易装夹牢靠。③机床使用费用较车床高, 准260数控镗铣床每小时的费用大约是20m数控卧车的2倍。采用数控铣床加工成本高。
2.4 采用数控车削方案时, 粗加工因使用的刀具不同而分成两种情况
槽刀进行粗加工时的加工时间最短, 而且在整个粗加工过程中径向抗力基本不变, 但精加工时需换刀。使用ф25mm的圆弧刀粗、精加工时无须换刀, 在粗加工过程中径向抗力在逐渐增大, 因为粗加工使用同心圆分层切削, 因此在粗加工过程中可以随时检测余量, 不易产生过切现象。
基于上述原因, 使用ф260数控镗铣床的加工方案仅作为当加工能力不足时的补充后备方案, 在实际生产中并未实行。在实际加工中首先使用槽刀粗车加工方案。由于使用的机床为本公司改造的数控机床, 在调试过程中出现过问题起始角度不准, X轴反向间隙较大等问题, 在实际加工中曾发生过边界过切现象, 而且此现象不易被发现, 因此改用圆弧车刀粗加工, 当机床有故障时可以及时发现并处理。
最终采用圆弧车刀粗、精加工的方法完成了16件工件的加工。第一件因此需调试机床, 调式程序, 试验合理的切削参数等原因, 用时22d, 随后几件加工时间逐步缩短, 最终加工时间稳定在10d左右。
3 绳槽数控加工参数化程序编制
螺旋绳槽和折线绳槽的绳槽截面形状相同, 不同之处在与绳槽的母线。螺旋绳槽的母线是由三段螺纹线构成, 即起始端的锥螺纹, 中间的圆柱螺纹和结尾处的锥螺纹, 两个锥螺纹用于螺纹绳槽的进退刀。折线绳槽的母线是由多条线段构成, 起始和结尾处为锥螺纹, 中部的每一圈是由2条个135°的直旋段和2条个45°的圆柱螺纹构成。在不带C轴的普通数控卧车上是无法车削加工135°的圆弧。为了能在普通数控卧车上加工折线绳槽, 将折线绳槽母线做些改动, 如图3所示, 将135°的直旋段改为小螺距的圆柱螺纹线, 这段螺纹线在Z轴上的距离为0.5mm, 这段螺纹线的螺距为0.5×360/135=1.3333。为了保证整个螺距不变, 45°的圆柱螺纹的螺距为17×360/45=136, 现在变为16.5×360/45=132。这样的改动不会影响实际的使用。
数控程序编制时可以分成两个部分:①计算截面每刀的刀位点, 这部分程序在螺旋绳槽和折线绳槽程序中皆可使用;②计算母线的位置点, 这时螺旋绳槽和折线绳槽需分别编写。
下面以折线绳槽为例编写计算母线位置点的程序时, 这时需要知道的参数有:Z_num-直旋段的数量, X_num-斜旋段的数量, X_ANG-斜旋段的角度, Z_ZD-直旋段修改后在Z轴向的距离, Angl-进刀段和退刀段在圆周方向上的角度, H-槽深, PIT-绳槽螺距, SD-安全距离等。
以启闭机卷筒为例, 说明此段程序的编制原理:
进退刀段的I向螺距为: (H+SD) ×360/ANGL= (12+4) ×360/45=128
直旋段的K向螺距为Z_PIT:Z_ZD×360/ (180-X_ANG) =0.5×360/ (180-45) =1.33333
进退刀段在Z轴上的距离为-F_Z:Z_PIT×ANGL/360=1.33333×45/360=0.16667
调整后斜旋段的螺距为X_PIT:
安全距离在Z轴上表现的距离-SD_Z:SD×F_Z/H=4×0.16667/12=0.05555
加工程序如下:
计算母线位置的程序段可以作为子程序被计算截面的主程序段调用, 调用时需要把计算好的截面点位坐标传给子程序, 子程序将收到的坐标与自身计算的坐标叠加即可。
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