CN107942946B - 一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法 - Google Patents

一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种等宽台阶圆锥曲面了数控编程方法，包括以下步骤：设置编程文件‑分解、提取和获取‑参数化曲面曲线周向角度方程‑计算行距‑获取有效线段长度值‑完成加工。本发明利用数控机床二次开发编程环境进行手工编程，通过参数线逼近法并结合多次循环来计算刀具轨迹，刀具沿曲面各轴的参数线运动，编制出主程序和子程序，通过主程序调用子程序的方法进行数控编程加工，这种方法具有计算方法简单、计算速度快的特点，程序清晰明了、简洁易懂，具有良好的易读性和修改性，修改编辑灵活方便，而且程序可靠性高、容量小，完全可以存储在数控系统内部，不会出现加工断续的现象，提高了加工效率高。

Description

一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法
技术领域
本发明涉及一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，属于数控编程技术领域。
背景技术
随着工业技术的飞速发展，各种先进的数控机床已广泛应用于现代制造业中。数控机床在加工零件时需要程序来控制，随着CAD/CAM功能越来越强大，计算机自动编程技术应用越来越广泛，其主要过程为CAD特征建模、自动生成刀具轨迹、NC仿真和后置处理(自动生成数控程序)，其主要优势是编程时效率高，特别是加工复杂零件时，同时能极大减少操作者的计算工作量，现代数控机床大都提供了二次开发编程环境，虽然计算机自动编程技术取代手工编程是必然趋势，但如果充分利用数控机床二次开发编程环境进行手工编程，能充分发挥数控系统的功能以及编程人员的工艺和加工经验，达到事半功倍的效果。
现有技术中，计算机自动编程生成的程序繁琐冗长，基本上都占用大量存储空间，而一般数控机床内存空间较小，无法完全储存，如通过DNC在线加工，可能会产生断续现象，直接影响加工效果；另外计算机自动编程必须经过四个部分，过程复杂，程序冗长，可读性和修改性较差，一旦加工过程中出现断点现象或尺寸偏差，又得重新编程进行后置处理生成程序并传输到数控机床里。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，该等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法利用数控机床二次开发编程环境进行手工编程，通过参数线逼近法计算刀具轨迹，使刀具沿曲面各轴的参数线进行运动。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，包括以下步骤：
①设置编程文件：将曲面图像、走刀方式函数和参数线方程写入编程文件，曲面图像为三道等宽台阶的曲面图像；
②分解、提取和获取：对曲面图像进行分解，提取曲面方程，获取曲面曲线周向角度方程和侧向步长；
③参数化曲面曲线周向角度方程：用参数线方程与曲面曲线周向角度方程形成有效线段方程，写入编程文件；
④计算行距：根据侧向步长、曲面方程和曲面曲线周向角度方程计算行距；
⑤获取有效线段长度值：根据所得行距值计算曲面的有效线段长度，获取有效线段长度值；
⑥完成加工：调用编程文件的走刀方式函数，根据有效线段长度值，使用逼近参数线方程的方法，让刀具轨迹逼近曲面，进行曲面加工，连贯刀具轨迹，连续走刀，完成曲面的加工。
所述步骤②中曲面方程为：
Figure BDA0001485187680000031
其中，X为横坐标轴的值，Y为纵坐标轴的值，R为圆弧半径，α为圆弧角；
所述曲面曲线周向角度方程为：
Figure BDA0001485187680000032
其中，C为曲面曲线周向角度值，R为圆弧半径，r11为外圆半径，r22为内圆半径。
所述步骤③的有效线段方程为：
Figure BDA0001485187680000033
其中，C1为参数线逼近方程和曲面曲线周向角度方程相交的有效线段长度值，R1为参数线逼近方程实数，r11为外圆半径，r22为内圆半径；
所述参数线逼近方程为：
R1＝r+b；
其中，R1为参数线逼近方程实数，r为刀具起点距离值，b为行距；
所述刀具起点距离的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000034
其中，r为刀具起点距离值，B为曲线中心平面距起点的值；
所述行距的计算公式为：
b＝r22sin(αmax-αmin)；
其中，b为行距，αmax为曲面在竖轴上的最大曲率，αmin为曲面在竖轴上的最小曲率，r22为内圆半径；
所述曲率的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000041
Figure BDA0001485187680000042
其中，αmax为曲面在竖轴上的最大曲率，αmin为曲面在竖轴上的最小曲率，lmax为最大侧向步长，lmin为最小侧向步长，r11为外圆半径；
所述侧向步长的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000043
其中，r1为刀具半径，h为残留高度，l为侧向步长。
所述步骤④中，行距为刀具走完一个切削行后转向加工下一个切削行时所跨的参数域间距，步骤②中的侧向步长为刀具与曲面曲线周向角度切线之间的距离。
所述步骤⑤分为以下步骤：
(5.1)获取三道等宽台阶曲面截面内圆与外圆的圆弧半径；
(5.2)用间距为行距的相互平行的一组直线与内圆、外圆的圆弧半径相交，获取交点，交点之间的连线形成有效线段；
(5.3)当有效线段长度值满足有效线段方程，相互平行的一组直线之间的间距增加一个行距；
(5.4)重复步骤(5.1)～(5.3)，当有效线段长度值不满足有效线段方程，循环结束；
(5.5)获取的交点之间的有效线段长度为加工的、可连续走刀的一段轨迹。
所述内圆与外圆所包围的、相交的面积为曲面要加工部分对应的参数域。
所述步骤⑥中刀具走刀方位的横坐标由参数线逼近方程决定，纵坐标由行距决定，横坐标值和纵坐标值取正值。
所述刀具采用直径为4mm的立铣刀。
本发明的有益效果在于：利用数控机床二次开发编程环境进行手工编程，通过参数线逼近法并结合多次循环来计算刀具轨迹，刀具沿曲面各轴的参数线运动，编制出主程序和子程序，通过主程序调用子程序的方法进行数控编程加工，这种方法具有计算方法简单、计算速度快的特点，程序清晰明了、简洁易懂，具有良好的易读性和修改性，修改编辑灵活方便，而且程序可靠性高、容量小，完全可以存储在数控系统内部，不会出现加工断续的现象，提高了加工效率高。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，包括以下步骤：
①设置编程文件：将曲面图像、走刀方式函数和参数线方程写入编程文件，曲面图像为三道等宽台阶的曲面图像；
②分解、提取和获取：对曲面图像进行分解，提取曲面方程，获取曲面曲线周向角度方程和侧向步长，侧向步长为刀具与曲面曲线周向角度切线之间的距离；
③参数化曲面曲线周向角度方程：用参数线方程与曲面曲线周向角度方程形成有效线段方程，写入编程文件；
④计算行距：根据侧向步长、曲面方程和曲面曲线周向角度方程计算行距，行距为刀具走完一个切削行后转向加工下一个切削行时所跨的参数域间距；进一步地，决定行距大小的主要因素是加工结束后零件空间曲面相邻切削行之间允许最大刀痕残留的高度，残留高度在一定程度上决定了表面粗糙度，可以先根据所需表面粗糙度计算出行距，再根据实际加工情况作适当修正。
⑤获取有效线段长度值：根据所得行距值计算曲面的有效线段长度，获取有效线段长度值，具体步骤如下：
(5.1)获取三道等宽台阶曲面截面内圆与外圆的圆弧半径；
(5.2)用间距为行距的相互平行的一组直线与内圆、外圆的圆弧半径相交，获取交点，交点之间的连线形成有效线段，内圆与外圆所包围的、相交的面积为曲面要加工部分对应的参数域；
(5.3)当有效线段长度值满足有效线段方程，相互平行的一组直线之间的间距增加一个行距；
(5.4)重复步骤(5.1)～(5.3)，当有效线段长度值不满足有效线段方程，循环结束；
(5.5)获取的交点之间的有效线段长度为加工的、可连续走刀的一段轨迹。
⑥完成加工：调用编程文件的走刀方式函数，根据有效线段长度值，使用逼近参数线方程的方法，让刀具轨迹逼近曲面，进行曲面加工，连贯刀具轨迹，连续走刀，完成曲面的加工；其中刀具采用直径为4mm的立铣刀，刀具的走刀方位的横坐标由参数线逼近方程决定，纵坐标由行距决定，横坐标值和纵坐标值取正值。
所述步骤②中曲面方程为：
Figure BDA0001485187680000071
其中，X为横坐标轴的值，Y为纵坐标轴的值，R为圆弧半径，α为圆弧角；
所述曲面曲线周向角度方程为：
Figure BDA0001485187680000072
其中，C为曲面曲线周向角度值，R为圆弧半径，r11为外圆半径，r22为内圆半径。
所述步骤③的有效线段方程为：
Figure BDA0001485187680000085
其中，C1为参数线逼近方程和曲面曲线周向角度方程相交的有效线段长度值，R1为参数线逼近方程实数，r11为外圆半径，r22为内圆半径；
所述参数线逼近方程为：
R1＝r+b；
其中，R1为参数线逼近方程实数，r为刀具起点距离值，b为行距；
所述刀具起点距离的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000081
其中，r为刀具起点距离值，B为曲线中心平面距起点的值；
所述行距的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000082
其中，b为行距，αmax为曲面在竖轴上的最大曲率，αmin为曲面在竖轴上的最小曲率，r22为内圆半径；
所述曲率的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000083
Figure BDA0001485187680000084
其中，αmax为曲面在竖轴上的最大曲率，αmin为曲面在竖轴上的最小曲率，lmax为最大侧向步长，lmin为最小侧向步长，r11为外圆半径；
所述侧向步长的计算公式为：
Figure BDA0001485187680000091
其中，r1为刀具半径，h为残留高度，l为侧向步长。
综上所述，利用数控机床二次开发编程环境进行手工编程，能充分发挥数控系统的功能以及编程人员的工艺和加工经验，达到事半功倍的效果。

Claims (8)

1.一种等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：包括以下步骤：
①设置编程文件：将曲面图像、走刀方式函数和参数线逼近方程写入编程文件，曲面图像为三道等宽台阶的曲面图像；
②分解、提取和获取：对曲面图像进行分解，提取曲面方程，获取曲面曲线周向角度方程和侧向步长；
③参数化曲面曲线周向角度方程：用参数线逼近方程与曲面曲线周向角度方程形成有效线段方程，写入编程文件；
④计算行距：根据侧向步长、曲面方程和曲面曲线周向角度方程计算行距；
⑤获取有效线段长度值：根据所得行距值计算曲面的有效线段长度，获取有效线段长度值；
⑥完成加工：调用编程文件的走刀方式函数，根据有效线段长度值，使用参数线逼近方程的方法，让刀具轨迹逼近曲面，进行曲面加工，连贯刀具轨迹，连续走刀，完成曲面的加工。
2.如权利要求1所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述步骤②中曲面方程为：
Figure FDA0002399952400000011
其中，X为横坐标轴的值，Y为纵坐标轴的值，R为圆弧半径，α为圆弧角；
所述曲面曲线周向角度方程为：
Figure FDA0002399952400000021
其中，C为曲面曲线周向角度值，R为圆弧半径，r11为外圆半径，r22为内圆半径。
3.如权利要求1所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述步骤③的有效线段方程为：
Figure FDA0002399952400000022
其中，C1为参数线逼近方程和曲面曲线周向角度方程相交的有效线段长度值，R1为参数线逼近方程实数，r11为外圆半径，r22为内圆半径；
所述参数线逼近方程为：
R1＝r+b；
其中，R1为参数线逼近方程实数，r为刀具起点距离值，b为行距；
所述刀具起点距离的计算公式为：
Figure FDA0002399952400000023
其中，r为刀具起点距离值，B为曲线中心平面距起点的值；
所述行距的计算公式为：
b＝r2 2sin(αmax-αmin)；
其中，b为行距，αmax为曲面在竖轴上的最大曲率，αmin为曲面在竖轴上的最小曲率，r22为内圆半径；
所述曲率的计算公式为：
Figure FDA0002399952400000031
Figure FDA0002399952400000032
其中，αmax为曲面在竖轴上的最大曲率，αmin为曲面在竖轴上的最小曲率，lmax为最大侧向步长，lmin为最小侧向步长，r11为外圆半径；
所述侧向步长的计算公式为：
Figure FDA0002399952400000033
其中，r1为刀具半径，h为残留高度，l为侧向步长。
4.如权利要求1所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述步骤④中，行距为刀具走完一个切削行后转向加工下一个切削行时所跨的参数域间距，步骤②中的侧向步长为刀具与曲面曲线周向角度切线之间的距离。
5.如权利要求1所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述步骤⑤分为以下步骤：
(5.1)获取三道等宽台阶曲面截面内圆与外圆的圆弧半径；
(5.2)用间距为行距的相互平行的一组直线与内圆、外圆的圆弧半径相交，获取交点，交点之间的连线形成有效线段；
(5.3)当有效线段长度值满足有效线段方程，相互平行的一组直线之间的间距增加一个行距；
(5.4)重复步骤(5.1)～(5.3)，当有效线段长度值不满足有效线段方程，循环结束；
(5.5)获取的交点之间的有效线段长度为加工的、可连续走刀的一段轨迹。
6.如权利要求5所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述内圆与外圆所包围的、相交的面积为曲面要加工部分对应的参数域。
7.如权利要求1所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述步骤⑥中刀具走刀方位的横坐标由参数线逼近方程决定，纵坐标由行距决定，横坐标值和纵坐标值取正值。
8.如权利要求1所述的等宽台阶圆锥曲面的数控编程方法，其特征在于：所述刀具采用直径为4mm的立铣刀。
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