CN109062144A - 一种引锭头加工系统及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引锭头加工系统及加工方法，属于引锭头加工领域。本发明的引锭头加工系统包括读取/输出图样信息的图样输入模块，用于对引锭头待加工曲面结构进行加工刀位编程的数控编程模块，用于将数控程序进行模拟仿真的虚拟加工模块和检测数控程序是否合格的检测模块，本发明的引锭头加工方法将待加工引锭头三维模型输入图样输入模块，数控编程模块对加工刀位进行编程，在虚拟加工模块与检测模块的配合下最终将调试合格的数控程序传输至执行终端设备进行实体生产。本发明的系统使用简单，易学，本发明的引锭头加工方法应用了本发明的系统，可以大大提高引锭头曲面结构的加工效率，保证加工质量，节约材料成本与人力成本。

Description

一种引锭头加工系统及加工方法

技术领域

本发明涉及引锭头加工领域，更具体地说是涉及一种引锭头加工系统及加工方法。

背景技术

引锭杆由引锭头、过渡件和杆身组成。浇注前，引锭头和部分过渡件进入结晶器，形成结晶器可活动的“内底”，浇注开始后，钢水凝固，与引锭头凝结在一起，由拉矫机牵引着引锭杆，把铸坯连续地从结晶器拉出，直到引锭头通过拉矫机后方与铸坯分离，进入引锭杆存放装置。引锭头的断面尺寸要适应于铸坯的断面尺寸,形状有燕尾槽型、I倒杯型和钩式。

目前引锭头的加工方式为锻件全加工。由于引锭头上有复杂的曲面型腔结构，加工难度很大，平均需要10～14班/件，且效率低、加工成品质量参差不齐，后续需打磨处理，检验很难通过，人力成本和材料成本耗费很大。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中在加工引锭头时，引锭头的复杂曲面型腔结构难以加工，生产效率低，产品质量参差不齐的问题，本发明提供了一种引锭头加工系统及加工方法，通过多个模块与终端设备的配合，对待加工曲面结构的加工工艺进行数控编程，经虚拟加工无误后由执行终端设备进行直接加工，实现了生产的自动化，保证了产品质量，同时大大提高了生产效率。2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种引锭头加工系统，用于加工引锭头的曲面结构，包括图样输入模块，能够绘制或采集待加工引锭头曲面结构的图样信息，并能将图样信息转化成初始化图形交换规范文件进行传输；数控编程模块，能够接收图样输入模块传输的初始化图形交换规范文件，并能对接收文件中的图样进行加工方案的制定，然后对制定的加工方案进行加工刀位编程，再通过后置处理将编程文件转换成数控程序进行传输；执行终端设备，用于接收数据编程模块传输的数控程序，并按照数控程序对待加工引锭头曲面结构进行实体加工；智能终端设备，用于装载和运行本系统的所有模块。

进一步地，数控编程模块中加工方案的制定包括刀具选择、加工方法选择和切削参数计算。

进一步地，加工方案制定时选择直径不同的平底铣刀、球头铣刀为加工刀具，选用分层等高精加工和曲面多刀清角的加工方法。

进一步地，还包括虚拟加工模块，能够接收数控编程模块传输的数控程序，并按照数控程序进行待加工引锭头曲面结构的虚拟加工，将加工成型的模型转化成初始化图形交换规范文件。

进一步地，还包括检测模块，检测数控程序是否能在虚拟加工模块中完整运行，若否，则向数控编程模块发出信号，数控编程模块重新制定加工方案；若是，则对比虚拟加工后模型与待加工引锭头曲面结构的图样信息是否相同，若是，则向数控编程模块发出信号将数控程序发送至执行终端设备，若否，向数控编程模块发出信号，数控编程模块对切削参数进行修改。

进一步地，所述执行终端设备为立式三轴联动数控机床。

进一步地，所述智能终端设备包括但不仅限于台式电脑、平板电脑和笔记本电脑。

一种引锭头加工方法，包括以下步骤：

一、图样绘制：绘制待加工引锭头曲面结构的三维模型零件图样；

二、图样信息采集传输：图样输入模块采集上一步绘制好的图样信息并转化成初始化图形交换规范文件，传输到数控编程模块；

三、数控程序生成：用户在数控编程模块界面选择刀具和加工策略，然后数控编程模块根据接收的图样信息以及用户选择，对待加工引锭头曲面结构进行加工刀位编程，并将编程文件后置处理为数控程序传输到虚拟加工模块；

四、虚拟加工与调整：虚拟加工模块对接收的数控程序进行虚拟加工仿真模拟，并将加工过程呈现给用户，同时用户通过检测模块判断步骤三生成的数控程序是否可以用于实体加工，若可行，则将数控程序传输到执行终端设备进行下一步骤；若不可行，则进行步骤三的操作，对加工方案做出调整后生成新的数控程序；

五、实体加工：执行终端设备根据接收的数控程序对待加工的引锭头进行实体加工，得到所需成品。

进一步地，步骤一可直接在图样输入模块进行，也可将其它终端或程序中绘制好的图样输入到图样输入模块中。

进一步地，步骤五所述的实体加工包括以下步骤：

a、准备工作：将待加工引锭头摆放至机床工作台面，校正后压紧，选择与步骤三中相同的刀具进行加工；

b、设定坐标系：从立式三轴联动数控机床的操作界面对工件加工坐标系进行建立，使其与数控编程时的编程坐标系一致；

c、开始加工：启动立式三轴联动数控机床，对待加工的引锭头进行加工。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种引锭头加工系统，图样输入模块可以直接读取当前主流的绘图程序绘制的图样文件，具有很广泛的适用性；

(2)本发明的一种引锭头加工系统，数控编程模块可以针对引锭头的形状结构特点进行加工参数设定，对加工刀位进行数控编程，缩减了使用系统时的操作步骤，进一步降低了本系统的使用难度；

(3)本发明的一种引锭头加工系统，虚拟加工模块能预先对数控程序进行虚拟仿真加工，虚拟仿真时发现数控程序的缺陷并及时调整，减少了最终成品的出错率，大大节约了材料成本；

(4)本发明的一种引锭头加工系统，三维建模绘图为一般机械加工技术人员应知应会内容，无需培训，而本系统其它模块的使用操作方法简单，易学，培养一个熟练运用本系统加工引锭头的技术人员消耗的时间和资源要远远小于培养一个能对引锭头全加工的技术人员，因此采用本系统可大大节约人力成本；一个能熟练运用本系统加工引锭头的技术人员可满足车间5-8台数控设备运转；

(5)本发明的一种引锭头加工方法，整个加工过程高度自动化，只需在初次加工时对待加工引锭头进行三维建模、绘制待加工曲面结构和调整加工参数，在生成合格的数控程序后，后续引锭头在加工时即可进行流水化生产，大大缩短了加工时间，提高了加工效率，且数控加工的高精度使成品的质量得到了保证。

(6)本发明的一种引锭头加工方法，实体加工前的准备工作全部在智能终端设备上完成，可直接进行数控机床实体加工，准确无误；节约了加工前的机床模拟调试程序、切削参数调整等一系列准备时间，最大化节省资源。

附图说明

图1为本发明的一种引锭头加工系统流程图；

图2为引锭头三维模型示意图；

图3为本发明的一种引锭头加工系统中数控编程模块编程刀具刀位示意图；

图4为本发明的一种引锭头加工系统中虚拟加工模块进行虚拟加工示意图。

图中：1、引锭头三维模型；2、待加工引锭头曲面结构；3、编程坐标系；31、编程坐标系零点；4、球头铣刀；5、编程刀路轨迹；6、模拟加工立式三轴联动数控机床。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的引锭头加工系统，用于加工引锭头的曲面结构，包括：

图样输入模块，能够绘制或采集待加工引锭头曲面结构2的图样信息，并能将图样信息转化成初始化图形交换规范文件进行传输。

图样输入模块在智能终端设备的屏幕上主要呈现出具有两种功能的用户界面，一种是导入其他终端或程序中绘制好的图样文件的界面，一种是供用户进行图样绘制的界面；图样输入模块中装载着一个数据传输子模块，使图样输入模块具有直接读入由其他图形设计程序绘制的图样文件的功能与输出初始化图形交换规范文件格式的功能，本实施例中的图样输入模块可直接读入.dwg、.3ds、.prt、.drw、.3dm、.CATPart、.stp、.igs等格式的图形文件，并能将采集的图样信息根据IGES4.0标准转化成.igs格式的文件进行输出；图样输入模块中还装载着一个绘图子模块，使图样输入模块具有绘制三维图形的功能。

使用者从用户界面导入绘制好的待加工引锭头曲面结构2的引锭头三维模型1图形文件，图样输入模块对导入文件读取后将文件中的图样信息显示在用户界面，如图2所示，使用者可以在用户界面对图档进行修改，或是直接从用户界面绘制待加工引锭头曲面结构2，待图档修改/绘制完成后，在用户界面操作将最终完成的图档以.igs格式的文件传输到数控编程模块与虚拟加工模块中。

数控编程模块，能够接收图样输入模块传输的初始化图形交换规范文件，并能对接收文件中的图样进行加工方案的制定，然后对制定的加工方案进行加工刀位编程，再通过后置处理将编程文件转换成数控程序进行传输。

数控编程模块中有一个数据交换子模块使数控编程模块可以接收并直接读取.igs格式的文件；数控编程模块在智能终端设备上呈现一个供用户进行参数选择、模型观察、刀具路径观察等有交互式功能的界面；数控编程模块中还有一个CAM子模块，CAM子模块对数控编程模块读取的图样信息中待加工引锭头曲面结构2三维模型的形状、尺寸、质量等进行分析，引导用户确认待加工引锭头曲面结构2的加工方案，然后根据确定的加工方案进行加工刀位编程，最后输出编程刀路轨迹5到用户界面，如图3所示，并输出相应的刀路点位文件；数控编程模块中还有一个后置处理子模块，用于读取CAM子模块输出的刀路点位文件，并将其转化为与执行终端设备的系统相匹配的数控程序文件，本实施例中的后置处理子模块将CAM子模块输出的数控程序转化为NC代码。

执行终端设备，用于接收数据编程模块传输的数控程序，并按照数控程序对待加工引锭头曲面结构2进行实体加工。

执行终端设备是一种装有程序控制系统的自动化机床，该执行终端设备能逻辑地处理数控程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制执行终端设备的动作，自动地将待加工引锭头曲面结构2加工出来。

智能终端设备，用于装载和运行本系统的所有模块。

本实施例的引锭头加工系统的模块是基于windows环境开发的，用于装载和运行所有模块的智能终端设备包括但不仅限于台式电脑、平板电脑和笔记本电脑。

由于绘图程序软件种类很多，不同人有不同的使用偏好，本实施例的图样输入模块可以直接读取当前主流的绘图程序绘制的图样文件，具有很广泛的适用性，数控编程模块可以对待加工引锭头曲面结构2的加工工序进行智能化编程，最后由自动化机床按照数控程序自动将待加工引锭头曲面结构2加工出来。整个过程实现高度自动化，只需初期进行绘图、参数设定，之后便可实现对应型号引锭头曲面结构的批量加工生产，相比于现有的通过机床工手工编程进行引锭头的全加工，采用本实施例的引锭头加工系统可以更高效率的进行加工，并且成品的质量有保证，培养一个技术熟练的机床手工编程工需要至少一年的时间，而培养一个能熟练使用本系统的技术人员只需一周时间，大大节约了人力成本。

本发明的实施例主要对与实现本发明技术效果有直接关系的模块的特征进行了描述，对于一些优化用户体验的辅助模块以及为了运行系统所必要的通用模块或数据库未作描述。

实施例2

本实施例的引锭头加工系统，在实施例1的基础上作进一步改进，数控编程模块中加工方案的制定包括刀具选择、加工方法选择、加工路线选择和切削参数计算。加工方案制定时选择直径不同的平底铣刀、球头铣刀4为加工刀具，选用分层等高精加工和曲面多刀清角的加工方法。用户可根据车间中拥有的刀具情况在数控编程模块的用户界面进行合适的刀具选择，针对于本发明要加工的引锭头曲面结构，用户界面所提供的默认刀具选择为平底铣刀和球头铣刀4，更具体的说是￠80玉米铣刀、￠32玉米球头铣刀和￠40*R5圆鼻铣刀；默认选择分层等高精加工方法，清角时默认选择曲面多刀方法。数控编程模块还会根据待加工引锭头的形状、尺寸、质量等结构参数来选择夹具及机床，对应本发明的引锭头结构，选择立式三轴联动数控机床，因此，最终的执行终端设备为立式三轴联动数控机床。在生成刀具轨迹前还需进行编程坐标系3的创建，如图2和图3所示，为编程坐标系3的创建位置，在编程坐标系零点31处创建。

实施例3

本实施例的引锭头加工系统，在实施例2的基础上作进一步改进，还包括虚拟加工模块，能够接收数控编程模块传输的数控程序，并按照数控程序进行待加工引锭头曲面结构2的虚拟加工，将加工成型的模型转化成初始化图形交换规范文件。还包括检测模块，检测数控程序是否能在虚拟加工模块中完整运行，若否，则向数控编程模块发出信号，数控编程模块重新制定加工方案；若是，则对比虚拟加工后模型与待加工引锭头曲面结构2的图样信息是否相同，若是，则向数控编程模块发出信号将数控程序发送至执行终端设备，若否，向数控编程模块发出信号，数控编程模块对切削参数进行修改。

虚拟加工模块中有用于接收读取数控程序的子模块，也有读取.igs格式文件的子模块，还包括建模运行子模块，可以根据读取的数控程序的子模块建立机床、夹具的模型，然后根据读取的待加工引锭头1的三维模型进行建模，在智能终端设备上呈现出的用户界面中，用户可以操作将待加工引锭头1的模型通过夹具装配安装到模拟加工立式三轴联动数控机床6上，如图4所示，然后建模运行子模块可以根据数控程序开始进行虚拟加工过程仿真，用户可以在用户界面上清楚的观察整个加工过程；当仿真过程中出现干涉、碰撞时，虚拟加工过程会停止，此时检测模块会检测到这个信息，然后引导用户在数控编程模块的用户界面对加工方案进行重新制定(夹具或刀具重新选择)；若虚拟加工过程进行完毕未出现干涉、碰撞现象，在加工完毕后虚拟加工模块的一个子模块会将加工成型的引锭头模型转化成.igs格式的图样信息文件，此时检测模块将虚拟加工模块生成的.igs文件读取，再将初始绘制好的图样信息文件读取后，在智能终端设备的一个用户界面上显示出来，供使用者对虚拟加工产品的加工成果进行对比，看加工成品的曲面结构信息是否与待加工的曲面结构信息相同，若相同，使用者在用户界面确定后，检测模块发出信息到数控编程模块，将数控程序传输到执行终端设备，若不相同，使用者在用户界面做出选择后，引导用户进入数控编程模块用户界面，对切削参数(切削深度、余量、进给速度)进行修改。

由于需要加工的引锭头曲面结构2是复杂的型腔结构，在刀具轨迹生成过程中数控编程模块不考虑具体的机床结构和工件装夹方式，所以可能在实际数控机床加工过程中出现撞刀、过切等情况，虽然实际生产中可以用“空运行”和“试切”的方法对零件程序进行检查，但空运行只能对机床运动是否正确及有无干涉碰撞作粗略估计，不够精准，而试切方法虽然精准，但是费时费材料，效率低成本高，因此有必要对数据编程模块生成的数控程序进行模拟仿真。检测模块则会根据模拟仿真的结果智能的引导使用者对加工方案、切削参数做出调整，使最终输出的数控程序在执行终端设备上运行后能得到符合要求的成品。

本实施例的引锭头加工系统最终运行时的流程图如图1所示。

实施例4

本实施例的引锭头加工方法，包括以下步骤：

一、图样绘制：绘制待加工引锭头曲面结构2的三维模型零件图样；

二、图样信息采集传输：图样输入模块采集上一步绘制好的图样信息并转化成初始化图形交换规范文件，传输到数控编程模块；

三、数控程序生成：用户在数控编程模块界面选择刀具和加工策略，然后数控编程模块根据接收的图样信息以及用户选择，对待加工引锭头曲面结构2进行加工刀位编程，并将编程文件后置处理为数控程序传输到虚拟加工模块；

四、虚拟加工与调整：虚拟加工模块对接收的数控程序进行虚拟加工仿真模拟，并将加工过程呈现给用户，同时用户通过检测模块判断步骤三生成的数控程序是否可以用于实体加工，若可行，则将数控程序传输到执行终端设备进行下一步骤；若不可行，则进行步骤三的操作，对加工方案做出调整后生成新的数控程序；

五、实体加工：执行终端设备根据接收的数控程序对待加工的引锭头进行实体加工，得到所需成品。

首先按照实际成品引锭头的原图样绘制引锭头三维模型1，将待加工引锭头曲面结构2直观准确的在三维模型图中画出，此步骤可直接在图样输入模块进行，也可将其它终端或程序中绘制好的图样输入到图样输入模块中，取决于使用者的制图习惯；图样输入模块将采集的图样信息传输到数据编程模块后，在电脑界面上显示出数控编程模块的用户界面，在界面上选择￠80玉米铣刀、￠32玉米球头铣刀和￠40*R5圆鼻铣刀；选择分层等高精加工方法，选择曲面多刀清角；其他参数按照常规操作选择，在加工方案确定后，数控编程模块进行加工刀位编程，然后将编程文件以NC代码的形式传输到虚拟加工模块，此时电脑屏幕上显示的是虚拟加工模块的用户界面，在此界面将待加工引锭头1的模型通过夹具模型装配安装到机床模型上，然后虚拟加工模块开始运行数控程序，用户界面上显示出仿真的数控加工过程，当出现干涉、碰撞时，屏幕显示将用户引导至数控编程模块的用户界面，对夹具类型进行重新选择后继续生成NC代码，进入虚拟加工模块的用户界面；当仿真过程进行完全后，屏幕显示虚拟加工完后成品的模型，同时显示最初绘制的引锭头三维模型1，由用户进行对比看加工成品模型是否与绘制的模型有太大误差，若误差过大，用户选择回到数控编程模块的用户界面，对切削深度、余量、进给速度进行调整后生成NC代码，进入虚拟加工模块的用户界面。最终成品符合要求的数控程序会传输到立式三轴联动数控机床，将待加工的引锭头放入数控机床，启动机床对曲面结构进行加工。

实施例5

本实施例的引锭头加工方法，在实施例4的基础上作进一步改进，步骤五所述的实体加工包括以下步骤：

a、准备工作：将待加工引锭头摆放至机床工作台面，校正后压紧，选择与步骤三中相同的刀具进行加工；

b、设定坐标系：从立式三轴联动数控机床的操作界面对工件加工坐标系进行建立，使其与数控编程时的编程坐标系3一致；

c、开始加工：启动立式三轴联动数控机床，对待加工的引锭头进行曲面结构的加工。

选择与数控编程模块界面中相同的刀具与夹具，并以与虚拟加工模块中相同的装配方式将待加工引锭头装配到立式三轴联动数控机床上，校正并压紧，然后分中、对零点、建立工件加工坐标系，要与数控编程时的编程坐标系3零点重合。确认无误后，启动数控机床，开始加工。本实施例的引锭头加工方法相比于现有的加工方法，大大提高了引锭头复杂曲面型腔结构的加工效率，简化了加工难度，同时每件成品的质量都有保证，减少了生产材料的浪费，降低生产成本与人力成本。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种引锭头加工系统，用于加工引锭头的曲面结构，其特征在于，包括：

图样输入模块，能够绘制或采集待加工引锭头曲面结构(2)的图样信息，并能将图样信息转化成初始化图形交换规范文件进行传输；

数控编程模块，能够接收图样输入模块传输的初始化图形交换规范文件，并能对接收文件中的图样进行加工方案的制定，然后对制定的加工方案进行加工刀位编程，再通过后置处理将编程文件转换成数控程序进行传输；

执行终端设备，用于接收数据编程模块传输的数控程序，并按照数控程序对待加工引锭头曲面结构(2)进行实体加工；

智能终端设备，用于装载和运行本系统的所有模块。

2.根据权利要求1所述的一种引锭头加工系统，其特征在于：数控编程模块中加工方案的制定包括刀具选择、加工方法选择和切削参数计算。

3.根据权利要求2所述的一种引锭头加工系统，其特征在于：加工方案制定时选择平底铣刀和球头铣刀(4)为加工刀具，选用分层等高精加工和曲面多刀清角的加工方法。

4.根据权利要求1所述的一种引锭头加工系统，其特征在于：还包括虚拟加工模块，能够接收数控编程模块传输的数控程序，并按照数控程序进行待加工引锭头曲面结构(2)的虚拟加工，将加工成型的模型转化成初始化图形交换规范文件。

5.根据权利要求1～4中任意一条所述的一种引锭头加工系统，其特征在于：还包括检测模块，检测数控程序是否能在虚拟加工模块中完整运行，若否，则向数控编程模块发出信号，数控编程模块重新制定加工方案；若是，则对比虚拟加工后模型与待加工引锭头曲面结构(2)的图样信息是否相同，若是，则向数控编程模块发出信号将数控程序发送至执行终端设备，若否，向数控编程模块发出信号，数控编程模块对切削参数进行修改。

6.根据权利要求1所述的一种引锭头加工系统，其特征在于：所述执行终端设备为立式三轴联动数控机床。

7.根据权利要求1所述的一种引锭头加工系统，其特征在于：所述智能终端设备包括但不仅限于台式电脑、平板电脑和笔记本电脑。

8.一种引锭头加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、图样绘制：绘制待加工引锭头曲面结构(2)的三维模型零件图样；

二、图样信息采集传输：图样输入模块采集上一步绘制好的图样信息并转化成初始化图形交换规范文件，传输到数控编程模块；

三、数控程序生成：用户在数控编程模块界面选择刀具和加工策略，然后数控编程模块根据接收的图样信息以及用户选择，对待加工引锭头曲面结构(2)进行加工刀位编程，并将编程文件后置处理为数控程序传输到虚拟加工模块；

四、虚拟加工与调整：虚拟加工模块对接收的数控程序进行虚拟加工仿真模拟，并将加工过程呈现给用户，同时用户通过检测模块判断步骤三生成的数控程序是否可以用于实体加工，若可行，则将数控程序传输到执行终端设备进行下一步骤；若不可行，则进行步骤三的操作，对加工方案做出调整后生成新的数控程序；

五、实体加工：执行终端设备根据接收的数控程序对待加工的引锭头进行实体加工，得到所需成品。

9.根据权利要求8所述的一种引锭头的加工方法，其特征在于：步骤一可直接在图样输入模块进行，也可将其它终端或程序中绘制好的图样输入到图样输入模块中。

10.根据权利要求8所述的一种引锭头的加工方法，其特征在于：步骤五所述的实体加工包括以下步骤：

a、准备工作：将待加工引锭头摆放至机床工作台面，校正后压紧，选择与步骤三中相同的刀具进行加工；

b、设定坐标系：从立式三轴联动数控机床的操作界面对工件加工坐标系进行建立，使其与数控编程时的编程坐标系(3)一致；

c、开始加工：启动立式三轴联动数控机床，对待加工的引锭头进行曲面结构的加工。