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1、数控车床微机数控车床微机 GNCGNC 系统研究系统研究1 1 前言前言数控机床最主要的优点高效与柔性的高度结合，其主要表现在 数控机床能完成对不同零件的加工仅需改变的是机床的控制介质数控代码， 正是数控加工区别于其它传统加工之处。目前内企业的数控 机床利用率普遍较低，造成这一情况的原因是数控编程技术跟不上，很多企业 还停留在手工编程阶段，因此迫切需要改变数控编程的现状。 经历了手工编程和计算机辅助编程之后，数控加工自动编程技术进入了图形编 程时代。图形数控编程已成为 CAD/CAM 必不可少的一部分，是数控编程的最佳 途径。目前国内该方面的软件还很少，而国外的软件多处于工作站方面，微机 运用
2、上也不多，并且软件系统费用很高，不适合国内企业的实际情况，操作界 面为外文，不便于工程员操作，需花费大量的人力和物力来培训。因而迫切 地需要一套适合国内运用的数控编程软件。 本系统是基于微机、面向国内企业而开发的图形数控编程软件，用户输入零件 的几何信息(或打开相关的数据文件)后，系统自动生成零件图形，结合输入的 加工信息(毛坯尺寸、切削数等)，系统能进行动态模拟加工， 并自动生成数控车床的 G/M 代码。本系统是利用 VB5.0 开发出来的，采用纯中 文操作，界面通俗易懂、形象直观，适合于普通工程技术人员使用。系统采用 了下拉式菜单、弹出式菜单和工具条相结合的方式进行操作，极大地方便了用 户
3、的使用。 2 2 GNCGNC 系统的硬件组成系统的硬件组成一个完整的 GNC 系统包括完成从信息的获取到加工指令的全过程。手工输入 (MDI)NC 代码程序单内容，既麻烦，又枯燥，出错率高。将计算机系统与机床 数控装置联机，可以省去人工操作这一环节，还可以同时对多台机床进行实时 或分时控制，所以可以配上用于通讯的串行口和 DNC 接口。GNC 系统硬件结构 如图 1 所示，系统结构如图 2 所示。 3 3 零件几何信息的输入和图形生成零件几何信息的输入和图形生成零件几何信息的输入包括确定零件的线条总数、各段的参数及相互间的连接特 性。零件几何图形的生成是指系统根据用户输入的相关信息自动在屏幕
4、上生成 零件的几何图形。 零件几何信息的输入零件几何信息的输入 用户自左至右依次输入零件各段的参数并确定其连接特性后，系统能准确地求用户自左至右依次输入零件各段的参数并确定其连接特性后，系统能准确地求 出相互间的交点坐标，并出相互间的交点坐标，并“记住记住”相关几何信息相关几何信息( (如各段的线型特征、圆弧的顺如各段的线型特征、圆弧的顺逆、各段间是否相切等逆、各段间是否相切等) )。在零件中若有非圆曲线。在零件中若有非圆曲线( (抛物线、椭圆抛物线、椭圆) )，系统则采用，系统则采用 “变间距直线逼近法变间距直线逼近法”求出其节点坐标值，并将该值放入一数组中储存起来。求出其节点坐标值，并将该
5、值放入一数组中储存起来。 几何信息输入完毕后，系统会将所得的数据放在一用户指定的文件中，以便后几何信息输入完毕后，系统会将所得的数据放在一用户指定的文件中，以便后 置处理时使用。置处理时使用。 非圆曲线的处理方法非圆曲线的处理方法( (以椭圆为例以椭圆为例) )： 本系统采用本系统采用“变间距直线逼近法变间距直线逼近法”，该方法与传统的，该方法与传统的“等间距法等间距法”相比具有明相比具有明 显的优越性。传统的显的优越性。传统的“等间距法等间距法”是将非圆曲线所在的区间平均细分为是将非圆曲线所在的区间平均细分为 n n 份，份， 即将曲率半径较大的地方也依曲率半径较小的地方分成同样大小的子区间
6、。这即将曲率半径较大的地方也依曲率半径较小的地方分成同样大小的子区间。这 样反应到数控机床上就是不必要的多走刀，效率很低。而变间距法则能较好地样反应到数控机床上就是不必要的多走刀，效率很低。而变间距法则能较好地 处理这一问题。具体方法如图处理这一问题。具体方法如图 3 3 所示。所示。图图 3 3 变间距直线逼近法变间距直线逼近法根据已知的参数方程求出根据已知的参数方程求出Y YF F( (X X) )的表达式：的表达式：(X-X(X-Xc c) )2 2/R/R1 12 2+(Y-Y+(Y-Yc c) )2 2/R/R2 22 2=1=1，将指，将指 定区间定区间sese分成分成n n份，根
7、据求得的间距份，根据求得的间距 D DX X求出求出X Xi i，将所得的，将所得的X Xi i代入代入Y YF F( (X X) )即即 可求出一系列的可求出一系列的( (X Xi i，Y Yi i) )，即为每个线段终点坐标，并以该坐标值或对应的刀，即为每个线段终点坐标，并以该坐标值或对应的刀 心坐标值编制直线程序段。算至心坐标值编制直线程序段。算至p p点，若发现不满足精度要求，则将点，若发现不满足精度要求，则将pepe区间分区间分 得更细，依次进行，直到全部满足精度要求为止。得更细，依次进行，直到全部满足精度要求为止。 误差检验方法如图误差检验方法如图 3 3 所示。所示。MNMN为试
8、算后的某一段逼近线段，为试算后的某一段逼近线段，MNMN平行于平行于MNMN且且 到到MNMN的距离为的距离为 D(D(用户给定用户给定) )，可得，可得 MNMN 及及MNMN的方程：的方程： M M N N：AXAX+ +BYBY+ +C C0 0 MNMN：AXAX+ +BYBY= =C Cd(d(A A2 2+ +B B2 2) 求解联立方程，当求解联立方程，当MNMN和和(X-X(X-Xc c) )2 2/R/R1 12 2+(Y-Y+(Y-Yc c) )2 2/R/R2 22 2=1=1 两者有交点时，说明需再两者有交点时，说明需再 次细分区间，以减小次细分区间，以减小 D DX
9、X的值的值( (即增加所分的区间数即增加所分的区间数 n)n)，直到两者无交点为止。，直到两者无交点为止。 D D 的允许值，一般取零件公差的的允许值，一般取零件公差的 1/51/5 或或 1/101/10，本系统推荐，本系统推荐 D D 的允许值在的允许值在 0.001mm0.001mm 以内。以内。 零件几何图形的生成零件几何图形的生成 VB(VisualVB(Visual Basic)Basic)提供了较为丰富的画图指令，因而在知道相关参数的情况下，提供了较为丰富的画图指令，因而在知道相关参数的情况下， 能较为轻松地生成零件的图形。直线和圆弧直接利用能较为轻松地生成零件的图形。直线和圆弧
10、直接利用“Line”“Line”和和“Circle”“Circle”命命 令。遇到非圆曲线时，将采用变间距直线逼近法求出非圆曲线的节点，依次用令。遇到非圆曲线时，将采用变间距直线逼近法求出非圆曲线的节点，依次用 直线连接起来，即可近似地得到非圆曲线。直线连接起来，即可近似地得到非圆曲线。 4 4 数控加工模拟数控加工模拟模拟加工时，用户需按系统提示依次输入毛坯尺寸、机床起刀点、刀补值及丝 杠间隙补偿值、切削参数(切削深度、切削速度、进给量)、数控代码在机床存 储单元的位置等信息。 考虑到车床的加工工艺较复杂，且车削的零件千变万化，很难以每一固定方式 编程，而尽可能多地包括各种情况。系统将车床零
11、件分成两类：阶梯轴和典型 零件(基本上能解决常见形状零件的加工)。 阶梯轴是指严格意义上的从左至右依次递减的类型，系统根据输入的加工信息， 结合零件的几何信息，自动制定加工路线进行模拟加工，并自动生成相应的 G/M 代码。 典型零件是指需去除的金属形状如图 4 所示的 5 种类型。若是典型零件，则加 工路线需要自定义，选择粗加工的特性类型，按要求输入相应点(图中已标出) 的坐标值。坐标值的输入应综合考虑毛坯尺寸、零件尺寸、精加工余量，系统 会提供零件中交点坐标的信息。系统依据用户的选择顺序进行模拟加工，并生 成相应的 G/M 代码。 图图 4 4 需去除的金属形状需去除的金属形状 5 5 种类
12、型种类型 图图 5 5 动态模拟图动态模拟图为了便于观察，动态模拟过程中用一与刀具外形相类似的二维图形来代替刀具， 毛坯轮廓与已切削的部分被赋予不同的颜色，这样就好象真的用刀子在切削一 样，形象逼真，如图 5 所示。 5 5 数控代码的生成数控代码的生成将模拟加工过程中数控轨迹生成的直线或圆弧数据，按照加工路线和所用机床 控制输入格式要求，生成加工圆弧或直线程序段。具体步骤如下：首先判断是 加工直线段还是圆弧段，此信息在零件几何信息输入时已获得，当加工直线段 或者非圆曲线段(用直线逼近)时，输出 G01 代码；若加工圆弧，则需判断圆弧 是顺时针还是逆时针，分别输出 G02、G03 代码。然后结合刀位点的信息(X，Z的坐标值)和切削参数，将这些信息结合起来依次放入一用户指定的文件中，则 得到数控代码。 6 6 结论结论本系统符合数控自动编程的发展趋势，能在微机上处理数控车床的编程问题， 自动生成 G/M 代码，且操作简单，界面形象直观，适合普通工程技术人员使用。 目前该系统已在数控车床上使用，具有良好的经济效益和实际推广应用前景 发布时间：2006-11-27 相关主题关键字相关主题关键字: : 数控 系统 零件 加工
