CN102176133A - 复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，旨在提供一种计算工作量小，出错率低，能够降低数控机床编程工作量，并能提高数控机床编程工作效率和准确度的数控编程数据处理方法。本发明通过下述技术方案予以实现：(1)数控车床动力头编程，编制要加工零件的直角坐标系程序；再经Excel进行数据转换，生成圆柱极坐标数控车床动力头程序数据；(2)将设计图中的馈电缝长度尺寸和位置尺寸数据输入Excel软件，Excel自动计算刀具角度和刀具中心数据，按工艺加工顺序自动进行排序，产生刀轨数控冲程序；(3)在Excel单元格中输入原始设计图数据和方程曲线计算表达式，用填充柄拖至要求的行列数，计算出的刀具轨迹程序数据，生成数控铣程序。

Description

复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法

技术领域

本发明是关于复杂零件数控编程数据处理工艺方法。

背景技术

现有技术中对于一些构造复杂，精度要求高的零件加工，特别是加工过程有特殊工艺要求，而且数据量相当大的这类零件的数控编程，通常是采用机床专用软件(数控冲编程软件)来实现的。但对于如图7所示，由100多个长圆形馈电缝和1500余个长方形榫孔构成的复杂零件，缝长要按电性能要求在10至22mm，倾斜角度在30°至150°之间变化，角度误差≤±10′，需要保证薄板材变形对孔位位置精度，按工艺要求刀具轨迹应按特定顺序加工，每个馈电缝由长度10mm刀具多次切削完成。象这样质量直接影响到产品性能，对零件加工过程有特殊工艺要求的复杂零件，数控机床数控编程采用机床专用软件根本无法实现，即使能实现，也很难达到和满足编程要求。又比如外形为抛物面，抛物面精度、表面粗糙度要求高，数控铣床编程时，要对加工抛物面刀具进给路径步距进行细化和点位数控编程数据处理。传统方式的编程X步距按0.1～0.5mm计算出对应Y坐标值，再采用直线插补方法，编制刀具轨迹生成加工程序，计算工作量大，周期长，表面质量达不到要求时，还要重新编程。又例如用数控车动力头加工刻度盘类零件上的数字(数字较多)时，用绝对坐标编程，由于通用软件编程时计算方式的局限性(按投影曲线点拟合计算方式产生程序)，产生的程序量大，机床内存不够使用，数控车床一般不具备在线加工功能，还需要对程序进行优化、简化，采用主程序多次调用带增量坐标的子程序编程方法，可在幅减少程序量，一般的通用数控软件无法产生增量坐标的程序；数控车动力头径向或轴向动力头在零件外圆、端面表面进行铣削、钻孔、刻字等加工，如果直接使用圆柱极坐标系进行手工编程计算量相当繁琐、出错率高，使用专用软件编程也无法达到要求。如何实现数控车床、数控铣床、数控冲床编程时复杂数据的处理，如何解决方程曲线数控编程数据处理难题，UG，MASTERCAM等软件在数控铣床数控编程，数控车床动力头编程软件，在各专用软件的模块中，通常都表现得不完善，很难甚至无法直接生成数控车床动力头适合使用的数控程序，特别是需要编制增量坐标数控程序的情况下，上述专用软件几乎都无法满足使用要求。在实际科研生产过程中，特别是在对坐标系转换、复杂数据获得、有特殊工艺要求的零件编程时，通用软件或数控机床专用软件都较难解决上述数控编程的难题和提高数控机床编程的工作效率和准确度。

发明内容

本发明的任务是针对上述现有技术存在的不足之处，提出一种计算工作量小，出错率低，能够降低数控机床编程工作量，使数控机床编程方法更简化，更容易理解和掌握，并能提高数控机床编程工作效率和准确度的复杂零件和方程曲线数控编程数据处理方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)数控车床动力头程序编制步骤：用数控铣床编程软件生成要加工零件的直角坐标系程序；用字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令，并复制到Excel软件中，再利用Excel软件进行数据自动计算、排序，生成圆柱极坐标数控车床动力头程序数据，将获得的数据返回原程序替代相对应的程序代码值；

(2)点位控制数控冲程序编制步骤：将设计图中的长度尺寸和位置尺寸数据输入Excel软件，转换为刀具多次切削的刀具中心数据，将该刀具中心数据按工艺加工顺序要求，利用Excel自动排序功能进行排序，生成符合数控程序格式的程序；

(3)方程曲线数控铣程序编制步骤：对方程曲线进行分析，在Excel软件单元格中输入原始设计图数据，按程序格式要求输入方程曲线表达式，用填充柄拖至要求的行列数，Excel自动计算出刀具轨迹程序数据，同时生成符合数控程序格式的程序。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用数控铣编程软件与Excel软件数据自动函数计算相配合的数据处理工艺方法，实现数控车床动力头加工外圆、端面复杂图形的编程数据处理；本发明直接使用Excel软件对原始数据的自动函数计算、排序等功能实现数控铣床方程曲线和数控冲床特殊工艺要求编程时的数据的处理，解决了重要复杂零件和特殊工艺要求零件的数控编程难题。数控车床动力头编程数据处理、平板天线点位编程数据处理和方程曲线编程数据处理方法突破了通用软件的传统编程方式，利用电子表格软件自动计算、支持常用函数运算、自动排序、自动筛选等功能处理数控编程数据，大幅减少计算工作量，提高程序正确性，编程过程简便、准确、高效、清晰、快捷、出错率低，而且输入数据源与设计数据一致有利于程序校核，对前述使用的Excel模板修改可完成其它类似零件的数据处理，因此其扩展性好。

点位数控编程数据处理和方程曲线数控编程数据处理方法在加工关键零件编程过程中发挥了重要的作用，保证了产品研制的顺利进行。

本发明有效解决了现有编制数控程序软件的不足，可应用于柱面极坐标编程、点位控制、方程曲线等数控程序编制。具有扩展容易、使用方便，程序校对直观、加工顺序调整方便快捷等优点，满足了零件的特殊工艺要求，突破了加工此类零件的瓶颈。数控车床动力头数控冲床编程方法，超过使用专用数控编程软件编程的效果，可替代专用软件使用，而且节约了约30万元左右人民币购买数控车床动力头专用软件的费用。

附图说明

下面，结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明复杂零件与方程曲线数控编程数据处理方法的流程示意图。

图2表示本发明数控车床动力头外圆加工编程时直角坐标系转换为圆柱极坐标系原理图。

图3表示本发明数控车床动力头端面加工编程时直角坐标系转换为极坐标系原理图。

图4表示本发明数控车床动力头编程外圆加工实施例。

图5表示本发明数控车床动力头编程外圆加工实施中Excel表格数据处理的实施例。

图6表示本发明数控车床动力头编程端面加工的实施例。

图7表示本发明针对具有成百上千个长方形榫孔构成的复杂零件加工的数控冲实施例。

图8是表示本发明抛物面形状零件的数控铣加工方程曲线实施例。

具体实施方式

参阅图1～图8。根据本发明，对数控车动力头编程采用数控铣编程软件与数据Excel自动计算软件相配合进行程序编制；对精度要求高，特别是加工过程刀轨有特殊工艺要求，而且数据量相当大，构造非常复杂的零件加工的程序编制，方程曲线数控编程，可利用Excel依据原始数据直接生成数控冲、数控铣程序。并按

(1)数控车床动力头外圆、端面加工编程方法步骤：

a.按零件展开尺寸绘制要加工图形；

b.使用直角坐标系的数控铣床编程软件进行编程，得到要加工零件的直角坐标系程序；

c.用字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令；

d.经过Excel进行数据转换生成圆柱极坐标数控车床动力头程序数据；

e.将上步骤的获得的数据返回原程序，增加适合数控车床控制系统识别的辅助指令和通用程序指令。

(2)点位控制数控程序编制步骤：

a.将设计图中的长度尺寸和位置尺寸数据输入Excel列单元格；

b.Excel自动计算功能将原始数转换为刀具多次切削的刀具中心数据；

c.将刀具中心数据按工艺加工顺序要求，利用Excel自动排序功能进行排序，以满足工艺特殊加工技术要求，生成符合数控程序格式的程序；

d.将上步骤的Excel表格所生成的程序列复制到字处理软件中保存为程序文件，增加适合的数控冲床控制系统识别的辅助指令和通用程序指令。

(3)方程曲线数控程序编制步骤：

a.列表曲线数控程序编制，分析公式曲线，完善程序编制的前期准备工作；

b.在Excel单元格中输入原始设计图数据，按其程序格式要求输入公式曲线表达式。根据设定的加工步距，Excel自动计算、生成连续的刀具轨迹程序；

c.用填充柄拖至要求的行列数，Excel自动计算出刀具轨迹程序数据，同时生成符合数控程序格式的程序；对于不同的方程曲线，只需要修改计算表达式，Excel重新计算，完成程序编制。

d.将上步骤的Excel表格所生成的程序列复制到字处理软件中保存为程序文件，增加适合的数控铣床控制系统识别的辅助指令和通用程序指令。

编制数控车动力头程序时，先在数控铣编程软件中按零件展开尺寸绘制要加工图形，可以使用直角坐标系的数控铣床编程软件进行编程，得到要加工零件的直角坐标系程序，字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令，再经过数据转换生成圆柱极坐标数控车床动力头程序；

点位控制数控程序编制，将设计图中的长度尺寸和位置尺寸转换为刀具多次切削的刀具中心数据，并将刀具中心数据按加工顺序排列，生成符合数控程序格式文件，在该文件首尾插入坐标系指令、结束加工返回原点指令；

实施例1。参阅图4

数控车动力头加工外圆程序的转换：涉及外圆加工时，用数控铣软件编制直角坐标程序，再将直角坐标系→圆柱极坐标系，数控车床的Z、C、X坐标轴分别对应直角坐标系X、Y、Z坐标轴，再进行程序代码替换：X→Z、Y→C、Z→X；程序代码值转换：Z值＝X值、X值＝Z值、C角度值：计算公式

-Y表示C与Y方向相反，Y值为长度单位，C值为度单位，D为零件外圆直径。

以在外圆表面加工数字“8”数据转换进行编程为例：

(1)在数控铣编程软件中按零件外圆直径D＝92mm展开尺寸绘制要加工图形，并生成数字“8”数控铣程序；

(2)字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令。

(3)将修改后的程序复制到Excel电子表格中(B列)，

C列提取B列中Y值

D列：根据公式

表达式：D15＝ROUND(((-C15*360)/(3.14*92)，3)计算出C值。

如果需要增量坐标程序，计算公式调整如下：

D列：根据公式

表达式：D15＝ROUND(((-C15-(-C14))*360)/(3.14*92)，3)计算出C值增量，参阅图5表格。

(4)将D列的计算数据代替原程序中的Y值，完成子程序编制。

按上述方法完成0～9数字和特殊符号的子程序编制，根据图纸要求用主程序分别调用各子程序编制程序的方法完成零件所有数字的加工。

实施例2。参阅图6

数控车动力头加工端面程序转换：根据图3原理图，将C轴旋转坐标转为直线坐标，端面加工直角坐标系→极坐标系，数控车床的C、X、Z坐标轴分别对应直角坐标系X、Y、Z坐标轴，进行程序代码转换：X→C、Y→X、Z代码不变，程序代码值转换：C值＝-X值、X值＝2*Y值(数控车为直径方式编程)、Z值不变。

以在数控车上用动力头加工图6所示

圆柱零件端面的数据转换编程为例：

(1)在数控铣编程软件中以零件中心为坐标原点建模，生成直角坐标的数控铣程序；

(2)字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令。

(3)将修改后的程序复制到Excel电子表格B列中，

C列提取B列中Y值，D列：根据公式C＝2*Y，表达式：D2＝2*C2，计算X值。

(4)将D列的计算数据代替原程序中的X值，完成程序编制。

实施例3。参阅图7

针对具有成百上千个长方形榫孔构成的复杂零件，可以通过数据处理，将设计图中的馈电缝长度尺寸和位置尺寸转换为刀具多次切削的刀具中心数据，并将刀具中心数据按特定加工顺序排列。

馈电缝刀具中心计算公式如下：

X1＝X-(L/2-S/2)*COSα，X2＝X+(L/2-S/2)*COSα

Y1＝Y-(L/2-S/2)*SINα，Y2＝Y+(L/2-S/2)*SINα

式中，L为馈电缝长度，S为刀具长度，α为馈电缝倾角，X、Y为馈电缝的中心位置，点位数控程序格式为：X a Y b T n C α

其中：a.刀具中心X坐标值，b.刀具中心Y坐标值，n.刀具号，α.刀具旋转角度

在Excel表格中将第一行设为标题行，A～E列为原始数据X、Y、L、α、T(刀具)输入区，F、G列分别为第一、二次冲切程序生成列表(省略)。F2中输入公式：F2＝“X”ROUND((A2-(C2-11)/2)*COS(3.14/180*D2)，2)&“Y”ROUND((B2-(C2-11)/2)*SIN(3.14/180*D2)，2)&“T”&“E2”&“C”&“D2”&“；”

G2中输入公式：G2＝“X”ROUND((A2+(C2-11)/2)*COS(3.14/180*D2)，2)&“Y”ROUND((B2+(C2-11)/2)*SIN(3.14/180*D2)，2)&“T”&“E2”&“C”&“D2”，其中：ROUND为小数位数保留函数，根据机床有效位数选保留2位小数。按下列操作步骤生成符合数控程序格式的文件：

1)应用填充柄复制F、G列公式至所需行；

2)按零件图数据在A～E列输入原始数据，利用数据排序功能按Y为主要关键字(递增)，X次要关键字(递增)排列数据顺序；

3)将榫孔(图中长方形孔)中心位置数据按上述方法输入排序；

4)选中F、G列复制到Word文件中，将表格转换成文字，并保存为数控机床系统格式文件。

5)在该文件首尾插入坐标系指令、结束加工返回原点等指令，产生完整的加工程序。

实施例4。参阅图8

抛物面形状的零件方程曲线数控编程数据处理方法，根据曲线方程Y＝X²/600。采用Excel进行数据处理，X步距如下表：

A列输入X值(仅输入A2、A3单元格)，B列为Y值，B2中输入公式B2＝A2*A2/600，C列为刀具轨迹程序，按程序格式公式为C2＝“X”&A2&“Z”&B2，选中A2、A3单元格用填充柄拖至A列数据为65时完成X值数据输入，复制B2公式到B列所需单元格，同样完成C列公式复制，自动计算出刀具轨迹程序，选取C列复制到Word文件中加入程序首尾内容即可生成完整曲线加工程序。

抛物面加工步骤：

a.按表中C列数据采用直线插补方式加工出检验样板，可用数控铣或线切割加工，Excel中程序格式公式调整为：C2＝“X”&A2&“Y”&B2；

b.生成数控铣床曲线加工的一组子程序，Y轴增量方式循环调用子程序加工整个抛物线面，宽度为W；

c.试加工，若曲线不满足光顺要求，可调整X步距(A列数据)重新计算，将处理后数据返回子程序。

Claims (7)

1.一种复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)数控车床动力头程序编制步骤：用数控铣床编程软件生成要加工零件的直角坐标系程序；用字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令，并复制到Excel软件中，再利用Excel软件进行数据自动计算、排序，生成圆柱极坐标数控车床动力头程序数据，将获得的数据返回原程序替代相对应的程序代码值；

(2)点位控制数控冲程序编制步骤：将设计图中的长度尺寸和位置尺寸数据输入Excel软件，转换为刀具多次切削的刀具中心数据，将该刀具中心数据按工艺加工顺序要求，利用Excel自动排序功能进行排序，生成符合数控程序格式的程序；

(3)方程曲线数控铣程序编制步骤：对方程曲线进行分析，在Excel软件单元格中输入原始设计图数据，按程序格式要求输入方程曲线表达式，用填充柄拖至要求的行列数，Excel自动计算出刀具轨迹程序数据，同时生成符合数控程序格式的程序。

2.如权利要求1所述的复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，涉及外圆加工时，将外圆加工程序的直角坐标系转换为圆柱极坐标系，数控车床的Z、C、X坐标轴分别对应直角坐标系X、Y、Z坐标轴，再进行程序代码转换：X→Z、Y→C、Z→X和程序代码值转换：Z值＝X值、X值＝Z值；用C角度值计算公式计算出

-Y表示C与Y方向相反，Y值为长度单位，C值为度单位，D是零件的外圆直径。

3.如权利要求1所述的复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，端面加工程序转换是将C轴旋转坐标转为直线坐标，端面加工直角坐标系→极坐标系，数控车床的C、X、Z坐标轴分别对应直角坐标系X、Y、Z坐标轴，进行程序代码转换：X→C、Y→X和程序代码值转换：C值＝-X值、X值＝2*Y值。

4.如权利要求1所述的复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，外圆表面加工数字“8”数据转换进行编程的步骤包括：

(1)在数控铣编程软件中按零件外圆直径D展开尺寸绘制要加工图形，并生成数字“8”数控铣编程软件程序；

(2)字处理软件打开程序，删除多余的辅助程序指令。

(3)将修改后的程序复制到Excel电子表格B列中，C列提取B列中Y值，D列：D15＝ROUND(((-C15*360)/(3.14*92)，3)计算出C值；

(4)将D列计算得出的数据代替原程序中的Y值，Excel电子表格数据处理，完成程序编制。

5.如权利要求1所述的复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，需要增量坐标程序，则计算公式调整为：

D15＝ROUND(((-C15-(-C14))*360)/(3.14*92)，3)计算出C值增量。

6.如权利要求1所述的复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，点位控制数控编程，馈电缝刀具中心计算公式如下：

X1＝X-(L/2-S/2)*COSα，X2＝X+(L/2-S/2)*COSα

Y1＝Y-(L/2-S/2)*SINα，Y2＝Y+(L/2-S/2)*SINα

式中，L为馈电缝长度，S为刀具长度，α为馈电缝倾角，X、Y为馈电缝中心位置；将刀具中心数据按加工顺序排列，生成符合数控程序格式的文件，在该文件首尾插入坐标系指令、结束加工返回原点指令。

7.如权利要求1所述的方程曲线数控编程数据处理方法，其特征在于，在步骤(3)中，在Excel单元格中输入原始设计图数据，按其程序格式要求输入方程曲线表达式，根据设定的加工步距，由Excel自动计算、生成连续的刀具轨迹程序，对于不同的方程曲线，只需要修改计算表达式，Excel重新计算，完成程序编制。

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