CN105397163B - 利用宏程序数控加工叶轮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的利用宏程序数控加工叶轮的方法，旨在提供一种宏程序调试准备时间短，能够提高叶轮加工效率的加工方法，本发明通过下述技术方案予以实现：建立叶轮加工回转轴A与直线运动轴X之间的运动轨迹函数式A=[X*[360/叶轮导程]]；在宏程序编制中，叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套，分别由加工深度条件判断语句和叶片加工角度循环判断语句组成；采用G91相对值指令进行联动加工；用铣刀锥度加工面进行曲面的拟合铣削加工；根据典型四轴机床结构带A轴旋转工作台的特点，将叶轮零件固定于四轴机床的回转轴A轴中心，并将机床Y、Z向加工原点设置在A轴回转中心，走刀方向沿回转轴线进行，多轴联动完成叶轮的曲面加工。
Description
技术领域
本发明是关于一种利用宏程序在四轴数控铣机床加工叶轮的方法。
背景技术
随着工业技术的飞速发展，产品形状越来越复杂，精度要求越来越高，产品更新换代越来越快，传统的设备已不能适应新要求。现在制造业中已广泛地应用了数控车床、 数控铣床、 加工中心机床、 数控磨床等数控机床。这些先进设备的加工过程都需要由程序来控制，需要由拥有高技能的人来操作。要发挥数控机床的高精度、高效 率和高柔性，就要求操作人员具有优秀的编程能力。常用的编程方法有手工编程和计算机编程。计算机编程的应用已非常广泛。与手工编程比较，在复杂曲面和型腔零件编程时效率高、质量好。因此，许多人认为手工编程已不再重要，特别是比较难的宏程序编程也不再需要。只须了解一些基本的编程规则就可以了。这样的想法并不能全面。因为，计算机编程也有许多不足：
1、程序数据量大，传输费时。
2、修改或调整刀具补偿需要重新后置输出。
3、打刀或其他原因造成的断点时，很难及时复位。
手工编程是基础能力是数控机床操作编程人员必须掌握的一种编程方法。手工编程能力是计算机编程的基础，是刀具轨迹设计，轨迹修改，以及进行后置处理设计的依据。在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理使程序具有特殊功能，这种有变量的程序叫宏程序。宏程序是数控系统厂家面向客户提供的的二次开发工具，是数控机床编程的最高级手工方式。合理有效的利用这个工具将极大地提升机床的加工能力。在平时的工作中，常常用宏程序来解决生产中的难题。非圆曲面可以用方程曲面描述其零件轮廓的曲面的。如抛物线、椭圆、双曲线、渐开线、摆线等。这种曲线可以用先求节点，再用线段或圆弧逼近的方式。以足够的轮廓精度加工出零件。选取的节点数目越多，轮廓的精度越高。然而节点的增多，用普通手工编程则计算量就会增加的非常大，数控程序也非常大，程序复杂也容易出错，不易调试。即使用计算机辅助编程，其数据传输量也非常大。而且调整尺寸补偿也很不方便。如应用普通方式编程是非常困难的，即使编出来也是语句庞大，检查修改也非常麻烦。使用宏程序的计算语句和循环控制语句就可以解决这些问题。由于铣削曲面需要计算整个曲面上若干个轮廓素线的若干节点。计算量大，宏程序非常复杂。编制铣削曲面宏程序确实非常难。
叶轮类零件的加工通常需要用到五轴机床加工，并需用编程软件生成加工程序，其加工程序往往体积庞大，修改繁琐。且传统四轴FANUC机床手工编程是主程序结合子程序的方式，其需要单独编写大量子程序，在主程序中调用子程序实行循环，其主程序和子程序会形成若干单独程序，程序查找、修改十分不便。
发明内容
本发明的目是针对现有技术存在的问题，提供一种宏程序调试准备时间短，程序简洁高效，程序查找修改方便，能够提高叶轮零件加工效率和零件表面光洁度，利用宏程序数控加工叶轮的方法，
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于包括如下步骤：
在建立数学模型和循环体中，建立叶轮加工回转轴A与直线运动轴X之间的运动轨迹函数式A=[X*[360/叶轮导程]]；在宏程序编制中，设#1=18，#1为加工深度Z方向赋值；#2=6，#2为加工深度最低点；叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套，分别由加工深度条件判断语句WHILE[#1GE#2]DO1，以及叶片加工角度循环判断语句WHILE[#4LE360]DO2组成；采用G91相对值指令G1G91X#6A[#6*[360/#7]]F500，进行联动加工；将#4=#4+60, #1=#1-2，作为角度增量与吃刀深度递减语句，以END1,END2 作为程序循环结束；加工刀具采用锥度平底立铣刀，用铣刀锥度加工面进行曲面的拟合铣削加工；将锥度平底立铣置于叶轮回转轴心，根据典型四轴机床VMC700结构带A轴旋转工作台的特点，将叶轮零件固定于四轴机床的回转轴A轴中心，并将机床Y向和Z向的加工原点设置在A轴回转中心，保持加工中Y向处于回转轴心位置不变，加工刀具沿叶轮轴线旋转，走刀方向沿回转轴线进行，多轴联动完成叶轮的曲面加工。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明通过在宏程序中建立叶轮加工回转轴A与直线运动轴X之间的运动轨迹方程式，实现叶轮加工深度与旋转角度之间的程序嵌套，然后采用锥度平底立铣刀进行整体开式叶轮的四轴加工，加工过程中保持加工走刀方向沿回转轴线进行，用刀具锥度面做叶片曲面的拟合加工，可实现在四轴机床上用多轴联动的方式实现叶轮的曲面加工，能够充分发挥四轴机床旋转工作台的加工能力，结合宏程序简洁高效的优势能显著的提升生产效率。
本发明利用宏程序编程加工叶轮，采用锥度铣刀进行多轴联动铣削加工，利用刀具锥度面做叶片曲面的拟合加工，可发挥宏程序高效、短小、精悍、简洁高效的优点，手工编制宏程序具有进行算术、逻辑、函数的混合运算的能力，程序具有循环、分支的调用语句，程序查找修改非常方便。该方法可用于编制四轴机床的叶轮类零件加工程序，可发挥宏程序调试准备时间短、程序简洁高效的特点，能显著提升数控加工生产效率。
通过编制宏程序在四轴机床上采用锥度铣刀进行多轴联动铣削加工，实现加工刀具沿叶轮轴线进行旋转加工，充分发挥四轴机床旋转工作台加工能力，利用宏程序参数化编程实现高效的多轴联动加工，利用发明采用锥度平底立铣刀进行整体开式叶轮的四轴加工，用刀具锥度面做叶片曲面的拟合加工，用四轴机床多轴联动的方式实现叶轮的曲面加工，能够提高叶轮零件的加工效率和零件表面光洁度，更好的发挥出四轴机床加工性能提升叶轮加工生产效率。
附图说明
图1显示的是锥度平底立铣刀加工叶轮示意图。
图2显示的是四轴机床叶轮加工示意图。
图3 是宏程序流程示意图。
图中：1叶轮零件，2锥度平底立铣刀，3刀具轴心线，4叶轮回转轴心线
具体实施方式
参阅图1。叶轮零件1是由叶轮曲面上等分均布的叶片组成。据本发明，分析叶轮零件1叶轮曲面上叶片的构成特点确定加工路线 。在建立数学模型和循环体中，建立叶轮加工回转轴A与直线运动轴X之间的运动轨迹函数式A=[X*[360/叶轮导程]]；在宏程序编制中，设#1=18，#1为加工深度Z方向赋值；#2=6，#2为加工深度最低点；叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套，分别由加工深度条件判断语句WHILE[#1GE#2]DO1，以及叶片加工角度循环判断语句WHILE[#4LE360]DO2组成；采用G91相对值指令G1G91X#6A[#6*[360/#7]]F500，进行联动加工；将#4=#4+60, #1=#1-2，作为角度增量与吃刀深度递减语句，以END1,END2 作为程序循环结束；加工刀具采用锥度平底立铣刀，用铣刀锥度加工面进行曲面的拟合铣削加工；将锥度平底立铣置于叶轮回转轴心，根据典型四轴机床VMC700结构带A轴旋转工作台的特点，将叶轮零件固定于四轴机床的回转轴A轴中心，并将机床Y向和Z向的加工原点设置在A轴回转中心，保持加工中Y向处于回转轴心位置不变，加工刀具沿叶轮轴线旋转，走刀方向沿回转轴线进行，多轴联动完成叶轮的曲面加工。具体步骤包括：
步骤1、根据图 1所示叶片导程参考线绕叶轮轴心线旋转形成的叶轮曲面，加工轨迹采用叶片垂直层切的方式，在每个层切面上利用叶轮导程、直径等参数形成刀具轨迹；
步骤2、按图2所示采用四轴机床叶加工轮，加工刀具采用锥度平底立铣刀2，用铣刀锥度加工面进行曲面的拟合铣削加工；将锥度平底立铣置于叶轮回转轴心4，根据典型四轴机床VMC700其结构带A轴旋转工作台的特点，将叶轮零件1固定于四轴机床的回转轴A轴中心，并将机床Y向和Z向的加工原点设置在A轴回转中心，保持加工中Y向处于回转轴心位置不变；
步骤3、以A轴工作台的回转中心为基准，计算出每次旋转工作台，刀具沿叶轮轴心方向的偏移量，X、A轴的刀具移动数值由A=[X*[360/叶轮导程]] 运动轨迹函数式自动计算，用X、A轴联动加工叶轮曲面，把这个过程用宏程序来实现，使X、A轴的刀具移动数值由函数式自动计算，方便准确。
针对刀具磨损造成的加工误差，在程序编制沿X轴方向进行偏移补偿，对叶片加工尺寸的公差调整，由叶轮导程参考线与叶轮轴向夹角计算其沿X向偏移值X1，X1=#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]],#9为偏移补偿值，#8为叶轮直径，#7为叶轮导程， #4=#4+60, #1=#1-2，为角度增量与吃刀深度递减语句。
步骤4、根据图3所示宏程序流程，试验循环体程序框架；在加工深度Z方向和加工深度最低点赋值#1、#2，若#1≥#2，赋值#4、#6、#7，若#4≤360°X、A轴联动加工，采用G91相对值指令G1G91X#6A[#6*[360/#7]]进行联动加工，进入#4=#4+60, END2 结束程序循环，返回判断#4是否≤360°；否，则进入角度增量与吃刀深度递减语句#1=#1-2，以END1程序循环结束，返回判断赋值#1是否≥#2；否则赋值#4、#6、#7、#8、#9，若#4≤360°，沿X轴方向进行偏差补偿加工，沿X向偏移值X1，X1=G1G91X[#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]]，G1G91X#6A[#6*[360/#7]]进行联动加工，进入#4=#4+60, 以END3结束程序循环，若#4≤360°否，进入加工角度循环结束语句M3O。
步骤5、根据流程图编制程序，在建立数学模型和循环体中，建立叶轮加工回转轴A与直线运动轴X之间的运动轨迹函数式A=[X*[360/叶轮导程]]；数学模型是产生刀具轨迹节点的一组运算赋值语句，通过运算赋值语句计算出叶轮曲面上每一点的坐标。叶轮零件轮廓描述的曲面的运动轨迹函数方程转化而来。循环体是由一组或几组循环指令和对应的加减法器组成，它的作用是将一组节点顺序连接成刀具轨迹，再依次加工成曲面。设#1=18，#1为加工深度Z方向赋值；#2=6，#2为加工深度最低点；叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套，分别由加工深度条件判断语句WHILE[#1GE#2]DO1，以及叶片加工角度循环判断语句WHILE[#4LE360]DO2组成；采用G91相对值指令G1G91X#6A[#6*[360/#7]]F500，进行联动加工；将#4=#4+60, #1=#1-2，作为角度增量与吃刀深度递减语句，以END1,END2 作为程序循环结束。对叶片加工尺寸的公差调整，以及针对由于刀具磨损造成的加工误差，在程序编制中，沿叶轮X轴方向进行偏移补偿，根据叶轮导程参考线与叶轮轴向夹角计算沿X向偏移值X1，X1=#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]]，#9为偏移补偿值，#8为叶轮直径，#7为叶轮导程，其中，偏移补偿程序由循环判断语句WHILE[#4LE360]DO3 、END3组成。这种用宏程序加工叶轮的方法可以通过调整某一个参数实现叶轮加工表面质量和尺寸的精确控制，并且程序的参数修改简单快捷不用修改整个程序。
具体加工宏程序如下：
N000 G90 G54
N001 T1 M6
N002 G0 X0 Y0 A0
N003 S4000 M13
N004 G43 H1 Z100
N005 #1=18 （Z向加工起始深度赋值）
N006 #2=6 （Z向加工最低点赋值）
N007 WHILE[#1GE#2]DO1 （加工深度循环判断）
N008 #4=0 （A轴起始加工角度赋值）
N009 #6=50 （X向加工长度赋值）
N010 #7=30 （叶轮导程）
N011 G0 Z20
N012 WHILE [#4LE360] DO2（叶片加工角度循环判断）
N013 G90 G0 A#4
N014 G0 Z2
N015 G1 Z#1 F100
N016 G1 G91 X#6 A[#6*[360/#7]] F500（叶片联动加工）
N017 G0 G90 Z100
N018 G0 X0 Y0
N019 #4=#4+60 （角度增量）
N020 END2 （加工角度循环语句结束）
N021 #1=#1-2 （吃刀深度递减）
N022 END1 （加工深度循环语句结束）
N023 (偏差补偿精加工)
N024 G0 X0 Y0 A0
N025 #4=0 （A轴起始加工角度赋值）
N026 #6=50 （X向加工长度赋值）
N027 #7=30 （叶轮导程）
N028 #8=40 （叶轮直径）
N029 #9=0.1 （叶片厚度偏差补偿值）
N030 G0 Z20
N031 WHILE [#4LE360] DO3（叶片加工角度循环判断）
N032 G90 G0 A#4
N033 G0 Z2
N034 G1 Z#2 F100
N035 G1 G91 X[#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]]] (叶片偏差补偿)
N036 G1 G91 X#6 A[#6*[360/#7]] F500 （叶片联动加工）
N037 G0 G90 Z100
N038 G0 X0 Y0
N039 #4=#4+60 （角度增量）
N040 END3 （加工角度循环语句结束）
N041 M30
本发明不局限于上述具体的实施方式，凡是从上述构思出发，依本发明申请范围所作的变化改进等均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于包括如下步骤：
在建立数学模型和循环体中，建立叶轮加工回转轴A与直线运动轴X之间的运动轨迹函数式A＝[X*[360/叶轮导程]]；在宏程序编制中，设#1＝18，#1为加工深度Z方向赋值，#2＝6，#2为加工深度最低点；叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套，分别由加工深度条件判断语句WHILE[#1GE#2]DO1，以及叶片加工角度循环判断语句WHILE[#4LE360]DO2组成；采用G91相对值指令G1G91X#6A[#6*[360/#7]]F500进行联动加工；将#4＝#4+60,#1＝#1-2，作为角度增量与吃刀深度递减语句，以END1,END2作为程序循环结束；加工刀具采用锥度平底立铣刀，用铣刀锥度加工面进行曲面的拟合铣削加工；将锥度平底立铣置于叶轮回转轴心，根据典型四轴机床VMC700结构带A轴旋转工作台的特点，将叶轮零件固定于四轴机床的回转轴A轴中心，并将机床Y向和Z向的加工原点设置在A轴回转中心，保持加工中Y向处于回转轴心位置不变，加工刀具沿叶轮轴线旋转，走刀方向沿回转轴线进行，多轴联动完成叶轮的曲面加工。
2.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：针对刀具磨损造成的加工误差，程序编制沿X轴方向进行偏移补偿，对叶片加工尺寸的公差调整，由叶轮导程参考线与叶轮轴向夹角计算其沿X向偏移值X1，X1＝#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]],#9为偏移补偿值，#8为叶轮直径，#7为叶轮导程，#4＝#4+60,#1＝#1-2，为角度增量与吃刀深度递减语句。
3.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：以A轴工作台的回转中心为基准，计算出每次旋转工作台，刀具沿叶轮轴心方向的偏移量，X、A轴的刀具移动数值由A＝[X*[360/叶轮导程]]运动轨迹函数式自动计算，用X、A轴联动加工叶轮曲面，把这个过程用宏程序来实现。
4.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：根据宏程序流程，试验循环体程序框架；在加工深度Z方向和加工深度最低点赋值#1、#2，若#1≥#2，赋值#4、#6、#7，若#4≤360°X、A轴联动加工，采用G91相对值指令G1G91X#6A[#6*[360/#7]]进行联动加工，进入#4＝#4+60,END2结束程序循环，返回判断#4是否≤360°；否，则进入角度增量与吃刀深度递减语句#1＝#1-2，以END1程序循环结束，返回判断赋值#1是否≥#2；否则赋值#4、#6、#7、#8、#9，若#4≤360°，沿X轴方向进行偏差补偿加工，沿X向偏移值X1，X1＝G1G91X[#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]]，G1G91X#6A[#6*[360/#7]]进行联动加工，进入#4＝#4+60,以END3结束程序循环，若#4≤360°否，进入加工角度循环结束语句M3O。
5.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：数学模型是产生刀具轨迹节点的一组运算赋值语句，通过运算赋值语句计算出叶轮曲面上每一点的坐标。
6.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：叶轮零件轮廓描述的曲面的运动轨迹函数方程转化而来；循环体是由一组或几组循环指令和对应的加减法器组成；它的作用是将一组节点顺序连接成刀具轨迹，再依次加工成曲面；设#1＝18，#1为加工深度Z方向赋值；#2＝6，#2为加工深度最低点。
7.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套，分别由加工深度条件判断语句WHILE[#1GE#2]DO1，以及叶片加工角度循环判断语句WHILE[#4LE360]DO2组成。
8.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：循环体是由一组或几组循环指令和对应的加减法器组成，它是将一组节点顺序连接成刀具轨迹，再依次加工成曲面。
9.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：叶轮加工深度与加工角度之间的程序嵌套分别由加工深度条件判断语句WHILE[#1GE#2]DO1，以及叶片加工角度循环判断语句WHILE[#4LE360]DO2组成。
10.如权利要求1所述的利用宏程序数控加工叶轮的方法，其特征在于：在程序编制中，沿叶轮X轴方向进行偏移补偿，根据叶轮导程参考线与叶轮轴向夹角计算沿X向偏移值X1，X1＝#9*SIN[ATAN[[PI()*#8]/#7]]，#9为偏移补偿值，#8为叶轮直径，#7为叶轮导程，其中，偏移补偿程序由循环判断语句WHILE[#4LE360]DO3、END3组成。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |