CN102004467A - 一种旋转锉刀的加工控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转锉刀的加工控制方法及其系统。该项发明主要应用于机电一体化的数控加工技术领域，尤其在旋转锉刀加工控制应用上。其特性是根据设定一些特定的参数，通过这些参数计算可以描述轨迹的条件，通过条件描述出加工轨迹。由于锉刀齿的轨迹是一条螺旋线，切削过程中锉刀需要自转且需要旋转锉刀这个轴，这就需要在执行指令的时候需要五个轴做插补运动，通过对旋转C轴的控制轨迹实现三轴到五轴坐标的转换，然后进行运动加工。传统的方法是通过把旋转锉刀的表面轨迹在mastercam或相关软件中画出来，通过mastercam后处理，把轨迹打散成小线段，生成G01或者G02等基本的G代码。当遇到没有G代码解析的数控系统，则后处理的软件代码生成的G代码并不能执行导致旋转锉刀的工艺不能实现。这种方法的实现则有很大的局限性，成本高，对操作人员的技能要求也高。此发明有效的解决了这些问题。

Description

一种旋转锉刀的加工控制方法及其系统 

技术领域：

一种旋转锉刀的加工控制方法及其系统。该项发明主要应用于机电一体化的数控加工技术领域，尤其在旋转锉刀加工控制应用上。 

背景技术：

目前实现旋转锉刀功能的数控系统是通过把旋转锉刀的表面轨迹在mastercam等软件中画出来，通过mastercam后处理，把轨迹打散成小线段，生成G01或者G02等基本的G代码。当遇到没有G代码解析的数控系统，则后处理的软件代码生成的G代码并不能执行导致旋转锉刀的工艺不能实现。这种方法的实现则有很大的局限性： 

1.依赖于能够后处理的软件，对于没有G代码解析的数控系统还需要增加G代码解析和G代码的执行的功能，否则就实现不了旋转锉刀的功能。 

2.增加了加工旋转锉刀的功能的成本 

加工旋转锉刀的轨迹，如果用后处理软件生成G代码轨迹，则需要购买mastercam等能够生成G代码的软件，还需要懂得处理软件的操作人员，则增加加工旋转锉刀的功能的额外成本。对于旋转锉刀的外形轨迹可以用数学表达式描述出来的的轨迹，可以自己计算锉刀坐标，通过轴的旋转转换坐标实现加工的轨迹。 

发明内容：

1.本发明所要解决的问题，是要提供一种直接旋转锉刀的加工控制方法及其系统。本发明的技术方案为：是根据设定一些特定的参数，通过这些参数 计算可以描述轨迹的条件，通过条件描述出加工轨迹。由于锉刀齿的轨迹是一条螺旋线，切削过程中锉刀需要自转且需要旋转锉刀这个轴，这就需要在执行指令的时候需要五个轴做插补运动，通过对旋转C轴的控制轨迹实现三轴到五轴坐标的转换，然后进行运动加工。 

附图说明：图1为锉刀工件示意图 

图2为锉刀顶部示意图 

图3为锉刀加工控制方法总流程图 

图4为20种标准锉刀示意图 

图4-1圆柱形(G801) 

图4-2AG形(G818) 

图4-3AM形(G817) 

图4-4球柱形(G802) 

图4-5圆球形(G803) 

图4-6椭圆形(G804) 

图4-7圆弧形(G805) 

图4-8尖弧形(G811) 

图4-9火炬形(G800) 

图4-1060度圆锥形(G806) 

图4-11圆锥圆顶(G810) 

图4-12锥形尖头(G808) 

图4-13倒锥(G809) 

图4-14ND形(G819) 

图4-15圆锥平头(G812) 

图4-16圆弧盘(G813) 

图4-17凹弧形(G814) 

图4-18圆柱半圆头(G815) 

图4-19盘90度(G816) 

图4-20锥90度(G807) 

图5为锉刀参数的示意图 

mnp表示锉刀大圆弧 

py表示小圆弧 

mnp与py两段圆弧相切 

D代表大端直径，L代表切削长度，R锉刀尖头半径，Q锉刀底部直径 

d1＝D/2；d2＝Q/2；r，Rx，表示计算中变量 

具体实施方式：

基于开放式数控系统，具有标准G代码解析得功能，运动模块，程序得编辑模块，IO口输入输出模块，显示模块。利用系统所述模块实现锉刀工艺。首先自定义G800、G801、G802、G803、G804、G805、G806、G807、G808、G809、G810、G811、G812、G813、G814、G815、G816、G817、G818、G819为锉刀G代码指令，并对锉刀G代码进行解析。其中G800为火炬型锉刀，其形状为两个圆弧连接，两个圆弧相切。具体代码为G800D_L R_Q_T_I_J_K_H_B_C_E_S_；D代表大端直径，L代表切削长度，R锉刀尖头半径，Q锉刀底部直径，T表示加工圈数，I，J表示摆动角度，K表示分组数，H表示加工深度，B表示分组长度，C起始齿数，E表示终止齿数，S表示预留长度。D，L，R，Q代码表示锉刀形状的参数。 

标准锉刀的轨迹是由直线与圆弧组成 

直线加工轨迹：根据起始点，则可以描述出整条直线。 

圆弧的加工轨迹：根据D、L、R、Q参数计算出起始角度，半径，起始点的坐标。 

T，K，B，C，E等代码则根据锉刀工艺需要设置参数。 

G代码解析则是根据需要给定一些特定的参数：D代表大端直径，L代表切削长度，R锉刀尖头半径，Q锉刀底部直径，通过这些参数和大小圆相切关系求得可以描述轨迹的条件。其计算方法如下：(其中锉刀的参数描述如图5)d1，d2，d，u，A，B，C，f，Rx，表示变量 

d1＝D/2； 

d2＝Q/2； 

d＝d1-R； 

u＝d+R-d2； 

A＝2*d-2*u； 

B＝4*d*(L-R)； 

C＝(u*u+(L-R)*(L-R))*2*d-R*4*u*d-2*u*d*d； 

f＝B*B-4*A*C； 

$\mathrm{Rx}=(B-\sqrt{f})/\left(2^{*}A\right);$

r＝(Rx*Rx+d1*d1-R*R)/(2*(d1-R))； 

通过条件描述出直线和圆弧轨迹。砂轮在切削过程中需要与锉刀保持一定的角度，切削过程中锉刀和砂轮要保持相切。由于锉刀齿的轨迹并不是一条直线而是一条螺旋线，切削过程中锉刀需要自转且需要旋转锉刀这个轴，这就需要在执行指令的时候需要五个轴做插补运动。开始描述的坐标轨迹为三轴的(X，Y，Z)。在轨迹运动的之前需要把三轴轨迹转换成五轴的轨迹(X，Y，Z，A，C)。再开始加工。锉刀轨迹在顶部有一个分组的工艺，分组为N(整数)条轨迹为一组，加工的过程中根据分组的要求前端预留长度。重复加工所设定的轨迹个数。直至加工完成。 

三轴轨迹转换五轴的轨迹其方法为通过改变C轴旋转轴的旋转角度，使锉刀与砂轮到相切的位置，实现五轴坐标。 

本发明的方法则可以实现轨迹可以描述出的锉刀。以上述方法可以推出国标的12种锉刀工艺，再加上组合型的锉刀，一共20种锉刀，用G800-G819的定制锉刀G代码加工实现。 

本发明提供了一种实现锉刀工艺功能的方案，使得该系统不用依赖于后处理软件且节约了不必要的开支，节省了成本。 

案例： 

G800代表火炬型锉刀。火炬型旋转锉刀的形状为两段圆弧相接，在接点处两圆是相切。给定的参数为D、L、R、Q。通过这四个参数和小大圆的相切关系，计算出大圆的半径，起始角度和起始点坐标。然后按照0.1mm的拆分量描述出两段圆弧的轨迹。轨迹描述完之后要根据完成三轴的坐标转换成五轴的坐标，根据工艺要求锉刀加工过程中需要旋转角度既C轴旋转，转到锉刀表面紧贴着砂轮，这样才能切削。 

实现了C轴的旋转增加C轴的坐标的变化，C轴变化的过程中也转换了X，Y，Z的坐标。通过坐标的旋转变换则可以得到旋转之后的轨迹。锉刀的刀刃并不是一条直线，而是一条旋转线，则A轴本身需要在运动过程中自传。A轴坐标也有变化，则实现了三轴坐标转化成五轴插补运动的五轴坐标。五轴刀路实现完后则进行运动，走出轨迹，在快结束的时候则需要分组，分组的长度则由参数设置，以上方法实现了锉刀的工艺。 

上述内容中参数说明： 

D大端直径为锉刀平面圆弧直径； 

L切削长度为锉刀顶部到底部的长度； 

Q锉刀底部直径为锉刀底部圆弧的直径； 

T加工圈数为加工的螺旋线数； 

I，J摆动角度为砂轮的摆动角度； 

H加工深度为螺纹深度； 

B分组长度为一组内两条齿线的距离； 

C起始齿数为开始加工的齿数； 

E终止齿数为最后加工的齿数； 

E预留长度为顶部到分组长度的距离。 

Claims (4)

1.一种旋转锉刀的加工控制方法及其系统。该项发明主要应用于机电一体化的数控加工技术领域，尤其在旋转锉刀加工控制应用上。其特性是根据设定一些特定的参数，通过这些参数计算可以描述轨迹的条件，通过条件描述出加工轨迹。由于锉刀齿的轨迹是一条螺旋线，切削过程中锉刀需要自转且需要旋转锉刀这个轴，这就需要在执行指令的时候需要五个轴做插补运动，通过对旋转C轴的控制轨迹实现三轴到五轴坐标的转换，然后进行运动加工。

2.权利要求1中特定的参数为：D代表大端直径，L代表切削长度，R锉刀尖头半径，Q锉刀底部直径，T表示加工圈数，I，J表示摆动角度，K表示分组数，H表示加工深度，B表示分组长度，C起始齿数，E表示终止齿数，E表示预留长度。

3.权利要求1中描述轨迹的条件其特性是根据D、L、R、Q值以及大小圆相切的关系计算出大圆的半径，起始角度，起始点坐标，以此求得条件描述的加工轨迹，即三轴坐标加工轨迹。

4.权利要求1中三轴到五轴坐标的转换，其特性为：通过改变C轴旋转轴的旋转角度，使锉刀与砂轮到相切的位置，实现五轴坐标。

Images