CN111007803A - 机械加工过程数控代码标准化集成模型及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种机械加工过程数控代码标准化集成模型及方法。对机械加工过程中在数控编码时由于不同作业人员习惯不一样而导致的加工零件质量不稳定，以及由于数控编程需要专业技术人员而增加企业人工成本等问题，运用本发明去建立数控机床加工过程中数控加工代码的集成化模型。本发明将加工过程的不同加工工艺给出标准模块化的数控加工代码，用于指导数控编程人员快速、规范化地完成加工过程数控代码的编写，旨在保证机械产品的加工质量，保证数控代码的编写规范，进而提高加工过程效率。

Description

机械加工过程数控代码标准化集成模型及方法
技术背景
机械加工过程是指采用机械加工的方法，按一定的工艺顺序，利用刀具切除工件上多余的金属，使工件的几何形状、尺寸精度及表面质量符合规定技术要求的过程，数控机床是主要的加工设备。数控加工代码是数控设备执行加工过程的指令，数控设备按照数控加工代码完成工艺设计要求，合理的加工指令有利于提高加工效率、保证加工质量。在实际生产过程中，被加工零件的结构千变万化，外圆加工、端面加工、孔加工、螺纹加工、槽加工、铣削加工等工艺组合需求各不相同。但是不同作业人员的加工习惯不尽相同，所编写的数控加工代码编制规范各异。
此外，数控编码属于专业性较高的作业，在实际生产过程中一般由车间工段长(组长)负责完成加工编程，因为成本关系企业不会聘请过多的技术员。一个工段长需要负责多台设备数控编程任务，直接决定了设备能否加工出合格产品和能否正常运行，很可能会影响企业生产效率。
现有数控机床(CNC)的程序编制方法主要有手工编程、基于计算机辅助的CAD/CAM技术以及运用数控系统宏指令模板的参数化编程方法。传统的手工编程有上述缺点，效率低且容易出错。以计算机为辅助工具的CAD/CAM技本能实现自动编程，但需要建立待加工零件的CAD模型，对作业工人的技术要求较高，影响了加工成本和生产效率。运用数控系统宏指令模板的参数化编程方法，能够实现单一产品的数控加工，但只适应特定数控系统的单个机床，对相同数控系统的其他机床或不同数控系统的机床都需重新定义R指令参数，重复工作暈大，自适应性不足。
参考文献[1](李炳福.一种数控车床自动编码系统[p].中国:CN106325213A.2017.01.11)提出一种数控车床自动编码系统方法，通过将零件图纸进行局部分解然后匹配历史加工编码数据方案进行仿真加工，最后得到加工代码，充分利用历史加工数据，但是该方法的关键在于采用图像识别的方法对零件图纸进行特征分解然后利用历史加工数据进行加工，在图像识别和数据匹配上需要花费更多的成本，对作业人员的专业性要求较高，此外还需要大量历史加工数据，对于多变的实际生产需求适应性较差；
参考文献[2](王利,张昆,黄必君.复杂零件方程曲线数控编程数据处理方法[p].中国:CN 102176133 A.2011.09.07)提出一种利用Excel表格函数功能对数控铣床加工数据进行处理，需要将编制好的数控代码导入Excel软件，将获得的结果再导入数控系统进行加工，借助了计算机的计算能力但是还是需要人工编程，专业性较高；
参考文献[3](阮启伟,傅生华,赵义顺,宋紫薇,丁通兵.一种数控车床的工件加工方法[p].中国:CN 101859129 A.2010.10.13)提出一种给机床添加多个刀具安装装置然后多把刀具进行分段同时加工，该方法能有效减少加工时间和编程难度但是需要对机床进行改装，增加了生产成本，同时在实际生产过程中的柔性较差。
参考文献[4](阎春平,郭奉民,曹卫东,李孝常.基于标准模板和表达式驱动的滚齿CNC自动编程方法[p].中国:CN 103197605B.2015.04.22)提出一种将滚齿加工过程各步骤进行模块化获得各加工步骤的标准NC标准模块，根据相似性对滚齿加工编程进行了流程标准化，体现了模块化编程的有效性，但是该发明只是针对结构特征相对固定的零件，对于实际加工过程中零件的结构特征是随着订单需求而不断变化的。
针对上述情况，研究一种相对通用、快捷高效、低成本，能适应多种工艺组合加工环境的数控加工代码标准化模块集成的方法，帮助操作人员能根据加工图纸直接调用相对应的工艺数控代码模块，最终组合成完整加工指令。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有生产加工过程中对数控编码技术员要求高，数控代码编写不统一等不足，提供一种基于数控加工代码模块化组合集成的模型和数控机床快速编程方法，以便实现数控机床加工过程中数控代码的快速、规范编制。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的机械加工过程数控代码标准化集成模型，具体是：采用对数控机床加工各种工艺制定的NC标准模板，由许多相互独立的模块组成，这些模块可被重复调用组建为新的零件加工代码，使得独立于机床数控系统数控加工代码编写具有通用性、开放性。
所述相互独立的模块依靠零件几何特征关系连接在一起，它们根据不同的加工需求，支持增加新的模块资源，或对已有的模块进行修改。
所述相互独立的模块包括各工艺模块辅助代码部分和根据图纸特征生产的代码部分。
所述相互独立的模块都是一个完整的运动行程，多个模块可进行自由顺序组合。
本发明提供的机械加工过程数控代码标准化集成方法，即：将数控加工各类工艺进行数控代码模块化建立并存储在企业数据库或者其他共享数据库，作业人员根据加工零件的工艺特征进行数控模块的选择最后集中成零件的完整加工数控代码框架，作业人员再根据机床数控系统、机床坐标系和零件图纸尺寸信息设置必要的刀具起始坐标，即可确定出零件完整的数控加工代码文件，最后由作业人员将代码导入数控设备进行生成加工。
本发明可以采用以下方法将数控加工各个工艺进行数控代码模块化建立并存储在企业数据库或者其他共享数据库，包括以下步骤：数控代码建立、建立包含各数控代码模块的使用系统、将所得到的系统数据库与企业数据库或者其他共享数据库进行连接等。
所述加工数控代码框架是零件完成整个加工过程各个工艺模块的顺序结构。
本发明可以采用以下方法设置必要的刀具起始坐标，即保证刀具起始加工位置点的安全位置点，防止撞刀等情况发生。
上述方法中，所述确定出零件完整的数控加工代码文件，包括刀具选择、加工参数设定、刀具走刀轨迹等内容的数控代码文件。
上述方法中，可以采用人工录入、数据传递等方法将代码导入数控设备进行生成加工。
本发明由于在数控加工过程中建立每一种加工工艺的预设NC标准模板，根据零件工艺需求完成对NC标准模板的实例化，快速生成数控加工程序，加载至数控机床即可进行加工，可以实现数控机床加工数控代码的快速编制，简化数控加工数控编程的流程，降低了编程人员技术要求，提高编程效率。另外，本发明还具有以下技术效果；
标准化：对数控机床加工各种工艺制定NC标准模板，有利于数控加工过程各种工艺的标准化，保证产品质量；
柔性化：NC标准模板由许多相互独立的模块组成，这些模块可被重复调用组建为新的零件加工代码，使得系统编程的柔性更好；
独立性：本发明独立于机床的数控系统，开发的系统在PC机上可独立完成数控程序的编制，并生成通用的数控加工程序；
开放性：根据不同的加工需求，支持增加新的模块资源，或对已有的模块进行修改。
附图说明
图1本发明中被加工零件的基本结构图。
图2本发明中NC标准模板生成流程图。
图3本发明中各加工工艺分类图。
图4本发明中外圆车削的加工示意图。
图5本发明中系统使用流程示意图。
具体实施方式
本发明提出一种机械加工过程数控加工代码标准化集成模型及方法。针对机械加工过程中数控编码时不同作业人员的习惯不一样，导致加工零件质量不稳定，同时因为数控编程需要专业技术人员，大量聘用专业技术人员会增加企业生产成本等问题，运用本发明去建立数控机床加工过程数控加工代码的集成化模型。本发明将加工过程中不同加工工艺给出标准模块化的数控加工代码，用于指导数控编程人员快速、规范地完成加工过程数控代码的编写，旨在保证机械产品的加工质量，保证数控代码的编写规范，进而提高加工效率。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的描述，但不限定本发明。
实施例1.机械加工过程数控代码标准化集成模型
下面以外圆车削为例阐述外圆车削加工工艺数控代码模块建立过程，数控机床为卧式车床，机床的数控系统为法兰克系统：
如图4所示，车外圆车削加工时，外圆刀具刀尖运动轨迹是一条平行于工件轴线的直线，只要确定刀具切入坐标、刀具切出坐标、零件单边加工余量以及每次刀具切削深度值即可获得在外圆车削加工过程中刀具刀尖的运动轨迹坐标变化值集。
在外圆车削加工过程中，为保证最后工件的表面质量，最后一次走刀一般都设定特定的加工参数，设最后一刀的切削深度ap为特定值，称为精加工切削深度。此外的都属于粗加工切削部分，设粗加工切削深度为ap0，总切削深度为Δap，因此可以得到总加工次数n。设外圆加工长度为L，刀具起始坐标为X＝x0，Y＝y0:
Figure BDA0002327837330000051
其中[]表示向上取整。整个切削过程刀具坐标点的变化可以表达为：
(1)刀具坐标变化部分：
Figure BDA0002327837330000052
(2)辅助指令部分：
M08，启动冷却液，G97，启动主轴；
(3)刀具运动规则部分：
G01，刀具做直线运动；
(4)刀具准备部分：
T+刀具编号No.，选择刀具库中编号为No.的刀具进行加工；
(5)参数设置部分：
F＝f，S＝s，设置刀具的进给为f，主轴转速为s；
(6)快速归位指令部分：
G0，刀具快速回到起始点；
(7)结束指令部分：
M30，主轴停止转动，冷却液关闭等操作。
采用相同的分析思路可以获得其他加工工艺的NC标准模块，将获得的NC标准模块存储在数据库，供后续使用。
数控加工过程是通过去除材料的方式获得目标零件几何结构，本发明在于把不同的工艺部分进行独立组建成标准模块，作业人员只需要根据零件图纸选择相对应的加工模块进行组合，输入图纸基本尺寸信息和加工参数，系统自动生成加工代码。操作流程如图5所示。
S501，操作人员拿到待加工图纸；
S502，利用PC机打开系统；
S503，选择数控机床的数控系统；
S504，根据零件图纸选择NC标准模块；
S505，生成待加工零件NC代码文件。
最后将每一个零件的NC代码文件进行存储，方便后续查看。本发明所得到的NC标准模块和最后生成得到的每一个零件的最终加工代码都被存储在企业数据或者其他数据存储服务设备里面，便于资源共享和历史数据查看。
实施例2.机械加工过程数控代码标准化集成方法
本实施例提供的方法是：将数控加工各个工艺进行数控代码模块化建立并存储在企业数据库或者其他共享数据库，作业人员根据加工零件的工艺特征进行数控模块的选择最后集中成零件的完整加工数控代码框架，作业人员再根据机床数控系统、机床坐标系和零件图纸尺寸信息设置必要的刀具起始坐标，即可确定出零件完整的数控加工代码文件，最后由作业人员将代码导入数控设备进行生成加工。
如图1所示，零件包含了S101倒角加工、S102外圆加工、S103端面加工和S104槽加工等工艺。
本实施例提供的方法包括以下步骤：
步骤1，通过对数控加工中包含的各种工艺加工规则进行研究分析，获得各加工工艺的加工刀具走刀流程规则。
步骤2，将各工艺的走刀流程规则进行模块化编程，得到每一种工艺的数控代码标准数控代码模块，生成NC标准模块库，并进行数据存储。
所述NC标准模块，是将数控加工中所涉及到的加工工艺的数控代码组成部分进行标准化处理，形成一个完整的工艺数控代码模块。
生成加工工艺NC标准模块的步骤包括：
步骤S1，加工辅助代码指令设置，包括启动主轴、启动冷却液系统、启动刀具库系统等指令；
步骤S2，确定加工刀具编号；
步骤S3，刀具快速定位刀具起始位置点；
步骤S4，设置刀具运动规则，并且设置好刀具运动进给速度和主轴转速参数；
步骤S5，设置好刀具运动的终止位置点；
步骤S6，将刀具快速回到起始位置点；
步骤S7，判断零件加工余量是否已经被加工完，如果还有余量没有被加工，则继续添加刀具运动指令，即回到步骤S204，否则执行步骤S208；
步骤S8，停止加工指令，停止冷却液、刀具快速离开加工区域等。
步骤3，数控设备作业人员根据待加工图纸，调用图纸涉及到的工艺数控代码模块。
步骤4，数控设备作业人员根据零件图纸特征对数控代码模块进行顺序组合，得到整个加工流程数控代码框架。
步骤5，数控设备作业人员根据零件图纸工艺特征，给每一个模块选择相对应的加刀具，根据图纸的尺寸特征及数控设备的加工坐标系，设置刀具走刀的起始坐标点。
步骤6，数控设备作业人员将生成的数控代码输入生成设备，进行加工生产。
本发明是根据机加工过程中所涉及的各加工工艺特征进行划分，将每一种加工工艺定义为一种加工模块。如图3所示，根据零件机构特征，将加工过程分为外圆加工、端面加工、槽加工、螺纹加工、孔加工等基本加工单元类以及由加工单元组成的内螺纹等派生类，派生类继承了其组成单元的基本属性。加工单元的属性可分为几何属性和工艺属性，其中几何属性包括加工单元的形状几何参数；工艺属性主要有加工过程中切削用量参数、刀具起始坐标参数、走刀次数参数等。根据这两类属性就可以得到各加工工艺的NC标准模块，通过多个模块的组合就可以加工得到零件的几何形状、尺寸精度、表面质量等零件特征属性。
上述步骤2中，各工艺的走刀流程规则模块化程序编制如下：
不同加工工艺刀具的走刀规则各有不同，通过分析各工艺的走刀特点，提取刀具的起始点位置特征，可以得到每次走刀后刀具坐标点的变化，最后便可以知道整个过程中刀具轨迹的坐标变化，建立刀具的坐标变化规则体系。
各工艺加工模块的关键在于获得刀具的起点坐标、结束坐标和轨迹形成规则。所有的刀具点位坐标值及其他工艺参数值构成了数控机床加工工艺参数集，并用数据库保存。
本发明具有以下主要的特点：
1.标准化：对数控机床加工各种工艺制定NC标准模板，有利于数控加工各工艺的标准化，保证产品质量；
2.柔性化：NC标准模板由许多相互独立的模块组成，这些模块可被重复调用组建为新的零件加工代码，使得系统编程的柔性更好。所述编程是指编程过程中根据零件结构各不同，调用标准模块进行自由组合形成对应数控加工代码。
3.独立性：本发明独立于机床的数控系统，开发的系统在PC机上可独立完成数控加工程序的编制，所述数控加工程序为零件的数控加工代码。
4.开放性：根据不同的加工需求，支持增加新的模块资源，或对已有的模块进行修改。
5.通用性：本发明独立于机床的数控系统，可以根据具体加工设备数控系统选择对应的数控系统编码规则，适用于多种数控系统，所述编码规则是指不同的数控系统的数控程序编写规则。

Claims (10)

1.一种机械加工过程数控代码标准化集成模型，其特征是采用对数控机床加工各种工艺制定的NC标准模板，由许多相互独立的模块组成，这些模块可被重复调用组建为新的零件加工代码，使得独立于机床数控系统数控加工代码编写具有通用性、开放性。
2.根据权利要求1所述的机械加工过程数控代码标准化集成模型，其特征在于，所述相互独立的模块依靠零件几何特征关系连接在一起，它们根据不同的加工需求，支持增加新的模块资源，或对已有的模块进行修改。
3.根据权利要求2所述的机械加工过程数控代码标准化集成模型，其特征在于，所述相互独立的模块包括各工艺模块辅助代码部分和根据图纸特征生产的代码部分。
4.根据权利要求3所述的机械加工过程数控代码标准化集成模型，其特征在于，所述相互独立的模块都是一个完整的运动行程，多个模块可进行自由顺序组合。
5.一种机械加工过程数控代码标准化集成方法，其特征是将数控加工各个工艺进行数控代码模块化建立并存储在企业数据库或者其他共享数据库，作业人员根据加工零件的工艺特征进行数控模块的选择最后集中成零件的完整加工数控代码框架，作业人员再根据机床数控系统、机床坐标系和零件图纸尺寸信息设置必要的刀具起始坐标，即可确定出零件完整的数控加工代码文件，最后由作业人员将代码导入数控设备进行生成加工。
6.根据权利要求5所述的机械加工过程数控代码标准化集成方法，其特征在于采用以下方法将数控加工各个工艺进行数控代码模块化建立并存储在企业数据库或者其他共享数据库，包括以下步骤：建立数控代码模块，建立包含各数控代码模块的使用系统，将所得到的系统数据库与企业数据库，或者其他共享数据库进行连接。
7.根据权利要求5所述的机械加工过程数控代码标准化集成方法，其特征在于所述加工数控代码框架是零件完成整个加工过程各个工艺模块的顺序结构。
8.根据权利要求5所述的机械加工过程数控代码标准化集成方法，其特征在于采用以下方法设置必要的刀具起始坐标，即保证刀具起始加工位置点的安全位置点，防止撞刀等情况发生。
9.根据权利要求5所述的机械加工过程数控代码标准化集成方法，其特征在于所述确定出零件完整的数控加工代码文件，包括刀具选择、加工参数设定、刀具走刀轨迹的数控代码文件。
10.根据权利要求5所述的机械加工过程数控代码标准化集成方法，其特征在于采用包括人工录入、数据传递方法，以便将代码导入数控设备进行加工。
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