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1、否是是否NC代码库图1系统结构图返回错误?NC程序仿真结束?NC程序生成刀具路径规划形状特征库形状识别图形编辑接口基本配置开始2. 5 轴 CNC 铣床图形编程系统设计吴上生金建新宾鸿赞(华中理工大学机械学院现代制造技术研究所)【 摘要】该系统用交互式绘图方法替代传统的用编程语言的方法输入几何信息和工艺参数, 利用特征技术实现设计信息与加工信息的统一, 能自动生成NC 代码和进行 NC 代码检验。本文介绍该 CNC 铣床图形编程系统的结构、 工作原理、 设计思想和特点。关键词: 加工特征CNC 铣床图形编程【 Abstract】 T he system inputs the geometric
2、 information and machining conditions using the graphic programming approachinstead of the traditional approach of programming language, and realizes the unity of designing and machining information usingthe feature technique,and produces and verifies NC codes automatically,and reduces the dependenc
3、e on operator,and simplifies theprogramming operation.T his paper introduces the architecture of graphic programming system,and working principle,design idea,and characteristics on CNC milling machine.Key words: Machining featureCNC milling machineGraphic programming一、 问题的提出数控编程技术是数控技术中与数控系统、伺服驱动系统并
4、驾齐驱同等重要的部分。其主要发展趋势之一是开发图形编程的编程技术 1。另外, 通过调查发现: 我国从国外引进的大量数控设备中, 有许多没有引进编程系统, 依靠手工编程; 国内许多生产厂家生产的数控设备, 也是使用手工编程的方法。 特别是对于车间中孤立使用的数控铣床, 操作人员如何根据加工工艺路线要求实时地进行数控编程, 这是工程技术人员亟待解决的问题之一。鉴于上述情况, 本文以零件的加工轮廓为研究对象, 介绍一个 2. 5 轴CNC 铣床图形编程系统。 该系统以基本图素为输入方式, 而不需要使用数控语言。从加工轮廓图形和走刀轨迹的生成, 加工过程的动态模拟直到 NC 代码的得到都是通过屏幕菜单
5、驱动, 图形交互方式得到。二、 系统结构和工作原理1. 结构( 各模块之间的关系如图 1)28 机械工业自动化系统结构主要由文件管理、 基本配置、 形状识别、 图形编辑、 形状特征库、 NC 代码库、 刀具路径规划、 NC 程序生成和仿真等主要模块组成。2. 工作原理分析数控铣床的切削过程, 可以清楚地了解到刀具运动轨迹与零件加工轮廓之间存在一一对应关系, 而刀具运动轨迹又是直接受 NC代码控制。 从特征角度来看, 铣床加工的对象一般都具有平面、 孔、 槽、 圆柱面等形状特征, 称之为加工特征; 其刀具运动轨迹就是直线、 圆、 圆弧等基本图素的组合, 种类较少。 可进行特征化将这些型面内容参数
6、化, 采用“ 基于特征的参数设计” 方法 2, 为每种基本图素设计一个参数绘图函数。 所需参数用人机交互方式输入, 构成形状特征库。同时按照我国已正式批准的数字控制标准JB320883 数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备功能 G 和辅助功能 M的代码 为基本图素分别设计一个固定的参数式 NC 代码段, 形成 NC 代码库。 当实际进行零件的 NC 程序编制时, 参照工序图在显示器上用人机交互方式依次“ 画出” 零件的加工轮廓图形, 输入相应的几何信息和工艺参数, 并按一定的格式存入形状特征库。系统将自动从 NC 代码库调用所“ 画出” 轮廓的参数 NC 代码段以构成某一具体零件的 NC 程序
7、。三、 系统各模块的功能1. 基本配置和形状识别模块系统开始时首先列表显示所有已存在的加工程序, 为输入新的程序名提供参考。 然后进入基本配置模块, 选择绘图比例、 机床、 机床原点、工件原点、 绝对( 相对) 坐标、 安装平面( XY、XZ、 YZ) 等内容。形状识别模块通过屏幕图形菜单判断加工轮廓是否为铣削加工中常见的加工特征并进行选择。2. 图形编辑模块该模块完成零件的几何信息和工艺参数的输入及轮廓图形生成的工作, 是图形编程系统的主要部分。采用四级菜单结构, 如图 2 所示。第三级菜单图2图形编辑分级菜单结构铣 削 深 度铣 削 厚 度进 给 速 度主 轴 转 速刀具半径R第四级菜单几
8、何信息第一级菜单第二级菜单工艺参数定义方式修改点直线圆平面圆弧第一级菜单选择铣削轮廓类型; 第二级菜单选择工艺参数及轮廓定义方式, 根据铣削轮廓类型先选择工艺参数再选择定义方式; 第三级菜单用于输入工艺参数并存入数据库, 如刀具半径R刀( 正负号区别内外轮廓加工) 、 进给速度等; 第四级菜单用于输入前面所定义轮廓的几何信息并存入数据库。 例如, 直线轮廓的一种定义方式为: 记录名称“ Lm” ( m 为变量, L 为标识符, 以后类推) , 两端点坐标( Xs, Ys) 、 ( Xe,Ye) ; 整圆轮廓一种定义方式为: 记录名称“ Cn” ,中心( Xc, Yc) 、 半径( R) , 且
9、规定以逆时针方向为正。另外, 为了便于修改轮廓, 系统提供了捕捉功能。系统能根据当前光标位置到数据库中查找所属轮廓的记录。3. 形状特征库和 NC 代码库从特征的角度对数控铣床的加工对象进行分类, 归纳出一些常见加工特征如图3 所示。 由图 3 中可知: 所有加工特征的轮廓均由点、 直线、 圆弧、 圆等基本图素组成。 采用“ 基于特征的参数设计” 方法, 为每一种基本图素设计一个参数绘图函数, 如直 线段的参数绘图 函数为Linem ( Xs, Ys, Xe, Ye) , 所需参数是 Xs、 Ys、 Xe、Ye。 输入所需几何及工艺参数, 以规定格式存入数据库, 由此构成形状特征库。 以其它方
10、式定义29第 18卷第 4 期1996年 12 月的上述基本图素, 也可以通过解析计算, 转化为规定的参数绘图函数所需的形式。图 3加工特征部分内容参照上述定义形状特征库的方法, 定义NC 代码库。一般地, 每一加工特征可能有几种不同的加工方法 3。则对于某一加工特征, 在NC 代码库中可能存在多个 NC 代码段。但在将加工特征的轮廓细分为基本图素的组合后,通过在界面上人工干预, 使得加工特征针对某一具体数控铣床的铣削加工方法是确定的。例如, 设有如图 4( a) 所示一盲孔, ? 处为待加工面。 起刀点在机床原点 O, 且编程原点与机床原点重合, 加工时从 O 点快速到达 B 点,再到 P
11、点, 由 B 点逆时针方向加工整圆又回到P 点, 再快速返回 O 点。作为一加工特征, 其在显示器上显示基本单元的图形如图 4( b) 所示。图 4加工实例图设进给速度为 Af, 主轴转速为 As, 则盲孔编程的固定 NC 程序段为( 按绝对坐标编程) :NA+ 1G00X AxYAyZAz+ 50LF;NA+ 2SAsM04LF;NA+ 3G01ZAz- hFAfLF;NA+ 4G41D01XR+ AxYAyLF;NA+ 5G03XR+ AxYAyIRLF;NA+ 6G01G40ZAz+ 50LF;上述程序段中, A 为程序号, 由编程系统自动处理; 50 为系统设定的固定对刀高度; D01
12、 为数控系统内存变量地址, 保存刀具中心的偏移量D, D= R刀+ ?, R刀为刀具半径, ? 为加工裕量( 切削厚度) 。所有参数均可由前述模块得到或从数据库中读取。4. 刀具路径规划刀具路径是指数控加工过程中刀位点相对于被加工轮廓的运动轨迹。刀具路径规划的原则是: 保证零件的加工精度和粗糙度; 方便数值计算, 减少编程工作量; 缩短走刀路线, 减少空程; 尽量缩短程序。系统在生成 NC 程序前, 根据加工特征的形状, 自动决定走刀路线、 走刀起点和终点。对于象约束平面、 腔槽这类加工特征, 系统自动决定是采用行切或环切走刀方式。5. NC 程序生成和 NC 程序仿真图形编程时系统的自动处理
13、工作分为两部分。 第一部分是数据准备工作, 即选取坐标平面和编程方式等。通过鼠标和键盘在菜单上依次选取加工特征的各个基本单元, 输入相应的几何信息及一些工艺参数( 如上例中的 Af、 ?、 h等) , 在显示器上显示出加工特征的加工轮廓图形, 同时将几何信息和工艺参数通过接口传送到形状特征库。 第二部分是NC 程序生成工作。根据依次选取的各个基本单元, 从 NC 代码库中读出对应的固定 NC 代码段, 将有关参数赋予该 NC 代码段中的参变量, 得到相应基本单元的 NC 程序段。重复上述工作直至所有加工特征完成 NC 程序编制工作。NC 程序仿真就是在显示器上模拟工件铣削加工过程, 以检验 N
14、C 程序的正确性。 一旦发现错误, 可及时修改以免发生事故。( 下转第 35 页)30 机械工业自动化6. 其它对系统内使用的交直流继电器和交流接触器, 为了抑制切断其线圈时产生的噪声, 在直流线圈上均并接了续流二极管, 在交流线圈上则并接了 RC 泄放回路, 参数为 R: 100? / 5W; C:0. 1? F/ 630V。PLC 用输出触点向位控单元指示各行程开关状态时, 其触点抖动可能引起CPU 混乱或误判, 为此特别设计了大回差施密特触发器, 确保行程开关一次动作仅在 CPU输入端产生一个跳变沿。对于不同的噪声, 上述措施各有所长, 但又相互补充, 共同组成了 CNC 刀具磨削系统完
15、整而有效的电气抗干扰体系。四、 结 束 语电子设备的电磁兼容性技术发展至今, 除了在传导噪声等有限的几个方面能够进行定量评价以外, 仍然主要依靠定性分析、 经验和试验等手段提高电子设备的抗干扰能力。复杂形状刀具 CNC 磨削系统是我国刀具制造业的迫切需要, 其工作特点决定了自身的可靠运行至关重要。本文针对我们所研制的 CNC 刀具磨削系统, 详细分析了工作现场和系统内部存在的主要噪声, 在电气上从电源处理、 接地、 屏蔽、 隔离、 滤波等方面设计了一套完整的抗干扰措施。系统在工作现场的试运行表明, 所采取的方法与措施是有效的。参考文献1Anders R. Interference proble
16、ms on electronic controlequipments. Electra. 1982, ( 83) : 73762 美 W. O. 亨利 . 电子系统噪声抑制技术 . 人民铁道出版社, 1978.3吴本炎等 . 电子电路的电磁兼容性 . 人民邮电出版社, 1982.4韩刚等 . 工业电子控制装置的抗干扰技术 . 中国铁道出版社, 1984.5 西德 斯托尔 D. 主编 . 工业抗干扰的理论与实践 .国防工业出版社, 1985.6肖冬荣 . 微型计算机实时控制的抗干扰 . 湖北科学技术出版社, 1985.76SC610 交流进给驱动装置晶体管脉宽调制变频器用户设计手册 . 江苏曙光
17、光学电子仪器厂 . 1992, 3.8谢兵 . 复杂形状刀具磨床分级分布式 CNC 系统的理论与实践: 学位论文 . 华中理工大学, 1994.( 上接第 30 页)四、 结 束 语本文介绍的 2. 5 轴 CNC 铣床图形编程系统, 利用特征技术使加工轮廓与 NC 代码段一一对应, 数据处理工作量小, 运行速度快, 便于在生产现场进行编程操作; 加工轮廓图形生成采用人机交互式的参数绘图方式, 不需专门的CAD 系统支持, 通用性强; 工艺路线安排由编程员根据工序图的要求通过“ 选择” 加工轮廓图形的先后顺序决定, 简单实用; 不必再去熟记编程语言及语法规则, 所以操作均有友好的人机界面支持,
18、 有利于提高编程效率。 整个系统采用模块化结构, 便于扩展和维护。参考文献1毕承恩, 丁乃建等编著. 现代数控机床( 上) . 机械工业出版社, 1993, 7.2Anada T . , Hoshi T. Block Like Component CAD/CAM System for Fully Automated CAM Processing. Annalsof the CIRP, 1992, 40( 1) .3易红, 黄和风. 与CAPP一体化的自动数控编程系统.机械工业自动化, 1994, 16( 4) : 3132中国机械工程学会创建于 1936 年, 是在民政部注册的具有法人资格的科
19、技社团, 下设 33 个专业分会。学会致力于开展国内外学术交流活动, 组织技术讲座、 国际会议与展览会,为政府及企业提供决策性建议和技术咨询服务, 开展继续教育与培训, 组织出版 33 种专业技术刊物, 编辑出版技术书刊和论文集。 学会与近 二十个国家的 30 个专业学术团体签有双边合作协议, 并加入了 11 个国际组织。目前机械学会系统的各专业分会、 地方学会, 都在积极做好推荐、 协助发展会员的工作; 凡为振兴我国机械工业和提高学术水平作出过成绩的科技人员、 有识之士, 原成为我会的会员、 高级会员、 海外会员、 港、 澳、 台会员的个人及愿成为我会团体会员的单位, 均可与我会会籍工作委员会联系, 索取详细的入会资料。地址: 北京复外三里河路 46 号名称: 中国机械工程学会会籍工作委员会邮编: 100823电话: ( 010) 68595316( 010)68595319传真: ( 010) 6853361335第 18卷第 4 期1996年 12 月
