本發(fā)明涉及一種數(shù)控車削加工自動化智能編程方法，特別涉及一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工的智能化和自動化的編程方法。本方法屬于機(jī)械制造中的數(shù)控加工工藝與編程學(xué)科領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

數(shù)控車床廣泛用來加工回轉(zhuǎn)體類零件，很多零件從結(jié)構(gòu)上看，即有車床零件的回轉(zhuǎn)特征，又有典型的銑削類特征，對于此類型零件的加工，傳統(tǒng)上，需要針對不同的特征類在數(shù)控車床或數(shù)控銑床上加工，需要在不同的機(jī)床進(jìn)行周轉(zhuǎn)，進(jìn)行重復(fù)的裝夾和定位，將帶來裝夾定位誤差，使生產(chǎn)準(zhǔn)備周期過長。

從加工效率上看，數(shù)控車床的效率明顯高于數(shù)控銑床；從加工的精度和表面質(zhì)量上看，數(shù)控車床的切削表面光潔度明顯比車床高1個數(shù)量等級，且常規(guī)的數(shù)控車床比數(shù)控銑床便宜，在工廠中應(yīng)用廣泛。因此，研究利用通常的基本2軸數(shù)控車床實(shí)現(xiàn)非圓截面的零件車削加工具有重要的工程現(xiàn)實(shí)意義，通過研究數(shù)控車削工藝，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車削加工非圓截面零件。

數(shù)控程序廣泛采用計(jì)算機(jī)圖形交互編程形式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在的通用數(shù)控編程軟件無非圓截面的數(shù)控車削編程加工功能，必須在通用的數(shù)控加工編程軟件的基礎(chǔ)上，研究非圓截面的數(shù)控車削編程加工功能模塊，以實(shí)現(xiàn)非圓截面的數(shù)控車削編程加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種非圓柱曲面的數(shù)控車削加工智能編程方法，該方法進(jìn)行加工特征的識別并選擇刀具，輸入切削參數(shù)，生成加工程序，使得編程的效率和質(zhì)量得到提高。

為實(shí)現(xiàn)非圓柱曲面的數(shù)控車削加工，制定車削工藝，包括下面的實(shí)現(xiàn)方法。

（1）利用普通外圓車刀加工非圓外表面。

（2）使用具有X、Z普通兩軸坐標(biāo)的機(jī)床車削非圓柱曲面。

（3）加工時首先車削與Z軸垂直的平面內(nèi)非圓曲線，而后Z軸向進(jìn)給一個步距，車削整個圓柱表面。

利用單一螺紋車削的端面螺紋指令進(jìn)行非圓外表面的車削加工，車削時在同回轉(zhuǎn)軸線垂直的截面內(nèi)用阿基米德螺線軌跡擬合曲線。

本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：1）加工截面元素提?。?）截面元素合理性判斷；3）加工可行性判別；4）加工操作編程模式定義；5）數(shù)控程序后置處理。

所述步驟 1）加工截面元素提取計(jì)算流程包括：①通過數(shù)字化選擇截面元素；②判斷選擇元素的類型；③元素基本類型提取。

所述步驟 2）截面元素合理性判斷計(jì)算流程包括：①基本元素起點(diǎn)、端點(diǎn)和控制點(diǎn)的計(jì)算；②判斷元素平面是否同回轉(zhuǎn)軸線垂直；③元素是否組成為單一的閉曲線。

所述步驟 3）加工可行性判別計(jì)算流程包括：①計(jì)算插補(bǔ)點(diǎn)；②計(jì)算壓力角；③判斷壓力角是否合理。

所述步驟 4）加工操作編程模式的定義流程包括：①建立編程坐標(biāo)系；②輸入加工參數(shù)；③定義刀具；④定義加工命令；⑤定義刀具軌跡元素。

所述步驟 5）數(shù)控程序后置處理流程包括：①定義機(jī)床接口文件；②計(jì)算插補(bǔ)點(diǎn)直角坐標(biāo)；③坐標(biāo)變換；④輸出加工用的極坐標(biāo)；⑤輸出其它指令。

設(shè)在擬合非圓曲線時，設(shè)上一個擬合點(diǎn)的極坐標(biāo)為（r_i-1,θ_i-1），當(dāng)前擬合點(diǎn)的極坐標(biāo)為(r_i,θ_i)，則計(jì)算得NC程序中當(dāng)前擬合點(diǎn)在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x_i，c_i)，x_i=2×(r_i-r_i-1)，螺紋加工的導(dǎo)程為：

。

通過選擇截面線串、曲面和實(shí)體的元素，轉(zhuǎn)換為線串，判斷線串的合理性。

數(shù)控機(jī)床所用的NC程序后置按以下方法實(shí)現(xiàn)。

（1）將擬合時的角度容差設(shè)為δ，則滿足容差的情況下，得到擬合的當(dāng)前點(diǎn)的直角坐標(biāo)為(x_i,y_i)。

（2）求得極坐標(biāo)為r_i²=x_i²+y_i²，輸出的單一截面內(nèi)的機(jī)床坐標(biāo)x_i的導(dǎo)程F_i=r_i。

（3）校驗(yàn)計(jì)算的刀位點(diǎn)的前角和后角的干涉性。

（4）構(gòu)造后置處理器的機(jī)床結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造機(jī)床的運(yùn)動模型。

（5）輸出NC程序。

通過上述方法，可實(shí)現(xiàn)非圓柱曲面在數(shù)控車床上車削加工程序的自動化編制，即在CAD/CAM 軟件的環(huán)境下，通過設(shè)置車削編程環(huán)境后，通過選擇非圓零件的截面串元素，通過定義刀具和必要的切削參數(shù)，實(shí)現(xiàn)程序的自動化編制，編制后的程序可以進(jìn)行加工仿真操作，程序的定義操作可以方便地進(jìn)行編輯和修改。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明是一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工的智能化和自動化的編程方法，充分考慮了截

面元素的組成類型、狀態(tài)等參數(shù)，可以判斷車削加工的適應(yīng)性，可以對線框模型、表面模型

和實(shí)體模型的加工，加工方法的適應(yīng)性強(qiáng)。

本發(fā)明是一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工的智能化和自動化的編程方法，提供了利用車削工藝方法加工銑削類的零件，擴(kuò)大了數(shù)控車床的加工范圍，通過簡單的元素的交互選擇，即可完成非圓柱曲面的數(shù)控車削程序的編制，可顯著降低技術(shù)人員的編程工作量，減少程序的編制時間。

本發(fā)明是一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工的智能化和自動化的編程方法，技術(shù)上采用穩(wěn)定的算法，使程序編制方便、穩(wěn)定和高效。

附圖說明

圖 1 為本發(fā)明實(shí)施例所述的非圓柱曲面的數(shù)控車削加工編程交互操作參數(shù)輸入界面。

圖 2 為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工編程方法的流程圖。

圖 3 為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工編程方法的截面線插補(bǔ)算法流程圖。

圖 4 為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工編程方法的數(shù)控機(jī)床程序后置處理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖1、附圖2和附圖3，對本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面將結(jié)合附圖對發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明，如為本發(fā)明實(shí)施例所述的交互操作參數(shù)輸入界面，其中“誤差”表示擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差的大??；“步距”表示兩個截面串車削時沿Z軸的距離；“Z起始”表示車削的Z向起點(diǎn)位置，“Z終止”表示車削的Z向終點(diǎn)位置，參數(shù)輸入完成后點(diǎn)擊“確定”則可以進(jìn)行加工元素的選擇和計(jì)算操作；如附圖 2 所示為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工編程方法的流程圖。

首先做好工件加工前的準(zhǔn)備工作，輸入加工模型到CAD/CAM系統(tǒng)中，輸入的模型可以為線框模型、表面模型和實(shí)體模型。

附圖2中的“建立加工坐標(biāo)系”為在車削環(huán)境下建立XZ平面坐標(biāo)系，其中Z軸為旋轉(zhuǎn)軸線。

附圖2中的“設(shè)計(jì)特征識別”為針對加工元素，進(jìn)行制造特征識別，識別出外形輪廓、內(nèi)形輪廓、凸臺、通孔、臺階孔、平面等特征，為元素加工作準(zhǔn)備。

附圖2中的“編程操作構(gòu)建”包括以下步驟。

（1）選擇后置處理器參數(shù)接口文件。

（2）輸入工序名稱、初始加工編程坐標(biāo)系、機(jī)床對接位置、工件對接CPL位置和數(shù)據(jù)類型等參數(shù)。

（3）定義初始進(jìn)刀平面、中間過渡平面和終止退刀平面。

（4）定義初始進(jìn)刀平面、中間過渡平面和終止退刀平面的刀具路徑生成方式。

（5）定義加工工序?qū)嶓w、生成刀具實(shí)體和生成直線實(shí)體。

（6）定義刀具實(shí)體和直線實(shí)體。

附圖2中的“后置處理”通過批處理方式生成加工的刀具軌跡的數(shù)控程序，在生成時利用后臺處理模式進(jìn)行，進(jìn)行數(shù)控程序生成時，可以繼續(xù)進(jìn)行數(shù)控程序編制操作，不耽誤數(shù)控編程時間，可以一次生成多個加工工序的數(shù)控機(jī)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。

圖 3 為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種用于非圓柱曲面的數(shù)控車削加工編程方法的截面線插補(bǔ)算法流程圖，分為1）截面線串的獲得；2）截面線串合理性的判斷；2）插補(bǔ)點(diǎn)的計(jì)算三大步驟。

步驟1）截面線串的獲得包括下面的實(shí)現(xiàn)方法。

（1）如果選擇的截面串為實(shí)體的邊界線，則提取實(shí)體的邊界線，提取邊界線后轉(zhuǎn)化為基本的直線段組合元素，而后將組合元素爆炸成基礎(chǔ)直線。

（2）如果選擇的為樣條曲線，首先提取參數(shù)，計(jì)算樣條曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)的直角坐標(biāo)值。

步驟2）截面線串的合理性判斷包括下面的實(shí)現(xiàn)方法。

（1）遍歷選擇的截面線串，提取元素的類型，如果為組合線則將其分解為直線，提取元素的起點(diǎn)坐標(biāo)(x_s,y_s,z_s)和終點(diǎn)坐標(biāo)(x_e,y_e,z_e)。

（2）如果存在z_s≠z_e，則給出錯誤提示并退出。

（3）記錄每個線串的起點(diǎn)坐標(biāo)x_s、y_s和終點(diǎn)坐標(biāo)x_e、y_e，如果所有起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值均有2個點(diǎn)，則滿足首尾連接要求，否則，給出錯誤提示并退出。

（4）構(gòu)造活性邊表，按元素的首尾連接順序，按逆時針排列。

加工可行性的判斷包括下面的實(shí)現(xiàn)方法。

計(jì)算插補(bǔ)點(diǎn)時，根據(jù)相對運(yùn)動原理，利用“刀具反轉(zhuǎn)法”進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)工件靜止不動，車刀進(jìn)行與C軸反向的轉(zhuǎn)動，則得到凸輪輪廓曲線相近的兩個插補(bǔ)點(diǎn)分別為(x_i,y_i)，(x_i+1,y_i+1)，α_i為轉(zhuǎn)角進(jìn)給增量坐標(biāo)，當(dāng)x_i≠0，y_i≠0時則有：

其中，n為象限的編號。

當(dāng)α_i<α_c時，則不可加工，其中α_c為閾值，且α_c>0。

當(dāng)x_i=0時，如果y_i=y_i+1；或y_i=0時，x_i=x_i+1，則輪廓不可以使用本方法加工。

步驟3）插補(bǔ)點(diǎn)的計(jì)算按照平面XY的加工計(jì)算，按照等誤差直線逼近方法計(jì)算。