CN112000063B - 一种模具分层清角数控加工系统及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模具分层清角数控加工系统及其工艺方法，包括：曲面造型模块、残留模型毛坯余量分析模块、分层清角参数库模块、分层清角模块；曲面造型模块用于数控编程参考模型并得到实体化模型；残留模型毛坯余量分析模块用于对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，分层清角参数库模块用于保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，分层清角加工模块包括：基于刀具的直径和残留模型的残余量，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，将最底层的刀路依据残留模型的残余量；本发明的优点是：解决了传统清角效率低的问题。提高了数控编程、数控加工的效率，降低了加工成本，快速产出，缩短模具的制造周期。
Description
技术领域
本发明涉及工业制造机械加工技术领域，更为具体地，涉及一种模具分层清角数控加工系统及其工艺方法。
背景技术
近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用与工业控制的各个领域，尤其是机械制造中，普通机械正在逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。随着现代加工工业的发展，加工零件的复杂，数控加工作为现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域有着日益广泛的应用。与此同时，作为数控加工极其重要的一个环节，数控编程技术也随之迅速发展。然而在数控加工过程中，由于工件形状各异，清角加工中，会出现加工量不均匀，对刀具损伤过大，加工效率低，制造成本加大。因此，在数控编程环节，如何通过数控编程，优化清角，有效的提高数控加工中心的稼动率，节约机加工制造成本，是机加工行业亟待解决的问题之一，另外，现有数控清角的编程技术加工模具，效率比较低，不能够充分发挥出高精度数控设备的机加工能力，浪费了机械加工资源，增加企业制造的成本。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种模具分层清角数控加工系统及其工艺方法，用于解决机加工领域现有技术导致的数控加工中心机加工稼动率低、制造成本高的问题，以克服上述现有技术的不足。
本发明提供的模具分层清角数控加工系统包括：曲面造型模块、残留模型毛坯余量分析模块、分层清角参数库模块、分层清角模块；
曲面造型模块用于数控编程参考模型，参考模型的曲面造型是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，使用建模软件CAD，构建模具的外观形状曲面，并得到实体化模型；
残留模型毛坯余量分析模块用于对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，残留模型毛坯余量分析模块包括：确定精加工刀具的刀心点，刀心点随着曲面造型的曲率法向投影到曲面上，重新搭建一个由若干个定位点构成的模型；重新搭建的模型为精加工刀具加工完成后的实际状态，其中，残留模型毛坯余量分析模块的精加工刀具按照重新搭建的模型加工后，还会留有分层清角参数库模块分层清角的残余量，上述残余量作为分层清角的基础数据；
分层清角参数库模块用于保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，分层清角参数库模块根据刀具、切削进给量通过分层清角控制模块进行分层清角参数库的建立，其中，在分层清角模块中直接调取分层清角参数库里的参数；
分层清角加工模块包括：一把分层清角使用的刀具，通过分层清角参数库模块的分层清角控制模块确定出一条最底层的刀路，基于刀具的直径和残留模型的残余量，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，将最底层的刀路依据残留模型的残余量，逐层抬起，生成分层刀路，其中，分层刀路产生后，再通过分层清角控制模块配置分层清角参数库模块中合理的切削参数。
作为优选，残留模型毛坯余量分析模块的建立残留模型利用曲面面积公式和三角函数，设曲面为z＝f(x,y),曲面面积元为ds,在xoy面投影面为dσ(x0,y0,z0)在曲面面积元内,该点切面法向量应该为：(z'x,z'y,-1)，切平面与xoy面夹角为α,则cosα＝1/√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]，所以ds＝dσ/cosα＝√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]dσ。
作为优选，分层清角控制模块包括：基于残留模型毛坯余量分析模块已经加工完成的刀具路径，分层清角出当前模型的残留量，然后针对不同余量多次轴向或法向分层清角，其中，轴向或法向分层清角残留量的方式为：控制轴向余量，最后一层层深，最后几层保持切削方向，删除小于指定数值的刀具路径段，通过分层清角控制模块的SF参数设置，SF参数设置依据刀具直径、分层层深、法向残留高度、刀具伸出长度信息，把刀具路径的切削转速、进给切削参数保存到分层清角参数库模块中，后期NC编程员使用分层清角加工功能时，从分层清角参数库模块中调取相应的参数赋值给刀具路径。
本发明的另一个目的是提供一种模具分层清角数控加工系统的工艺方法，包括以下步骤：
步骤S1：利用曲面造型模块进行数控编程参考模型，参考模型的曲面造型是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，使用CAD建模软件，构建模具的外观形状曲面，并得到实体化模型；
步骤S2：利用残留模型毛坯余量分析模块对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，并确定精加工刀具的刀心点，通过将刀心点随曲面造型的曲率法向投影到曲面上，进行重新搭建一个由若干个定位点构成的模型；重新搭建的模型为精加工刀具加工完成后的实际状态，其中，残留模型毛坯余量分析模块的精加工刀具按照重新搭建的模型加工后，还会留有分层清角参数库模块分层清角的残余量，上述残余量作为分层清角的基础数据；
步骤S3：利用分层清角参数库模块保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，分层清角参数库模块根据刀具、切削进给量通过分层清角控制模块进行分层清角参数库的建立，其中，在分层清角模块中直接调取分层清角参数库里的参数；
步骤S4：利用分层清角加工模块确定需要使用的一把分层清角使用的刀具，通过分层清角参数库模块的分层清角控制模块确定出一条最底层的刀路，基于刀具的直径和残留模型的残余量，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，将最底层的刀路依据残留模型的残余量，逐层抬起，生成分层刀路，其中，分层刀路产生后，再通过分层清角控制模块配置分层清角参数库模块中合理的切削参数。
作为优选，在步骤S2中还包括以下步骤：步骤S21：残留模型毛坯余量分析模块的建立残留模型利用曲面面积公式和三角函数，设曲面为z＝f(x,y),曲面面积元为ds,在xoy面投影面为dσ(x0,y0,z0)在曲面面积元内,该点切面法向量应该为：(z'x,z'y,-1)，切平面与xoy面夹角为α,则cosα＝1/√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]，所以ds＝dσ/cosα＝√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]dσ。
作为优选，在步骤S4中还包括以下步骤：步骤S41：利用分层清角控制模块基于残留模型毛坯余量分析模块已经加工完成的刀具路径，分层清角出当前模型的残留量，然后针对不同余量多次轴向或法向分层清角，其中，轴向或法向分层清角残留量的方式为：控制轴向余量，最后一层层深，最后几层保持切削方向，删除小于指定数值的刀具路径段，通过分层清角控制模块的SF参数设置，SF参数设置依据刀具直径、分层层深、法向残留高度、刀具伸出长度信息，把刀具路径的切削转速、进给切削参数保存到分层清角参数库模块中，后期NC编程员使用分层清角加工功能时，从分层清角参数库模块中调取相应的参数赋值给刀具路径。
本发明的优点及积极效果是：
1、本发明根据模具分层清角的特点，结合数控机床、数控切削刀具库、清角残留余量、残留余量分析模块、数控分层编程加工参数库以及数控加工NC程序后处理，改变了数控编程清角现有加工方式技术。解决了传统清角效率低的问题。提高了数控编程、数控加工的效率，降低了加工成本，快速产出，缩短模具的制造周期。
2、本发明的分层清角参数库模块在数控NC程序编制方式上进行了创新，突破了传统的清角加工方式，使数控机床加工效率提高40％。并且加工效率、刀具的损耗、机床精度的保养与传统的清角方式相比，都有极大的改善，达到小切削量快进给的加工目的，从而保护了机床、刀具的寿命，提高加工效率。降低了企业制造过程成本，提高了产品的制造效率和质量。
3、本发明的模具分层清角数控加工系统克服了现有数控编程清角加工量大，刀具磨损严重，加工效率低的难题，突破了传统的清角加工方式。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的角落位置残留余量图。
图2为根据本发明实施例的分层清角刀路示意图。
图3为根据本发明实施例的分层清角模块示意图。
图4为根据本发明实施例的残留余量示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
实施例1
参阅图1-4，本发明的模具分层清角数控加工系统包括：曲面造型模块、残留模型毛坯余量分析模块、分层清角参数库模块和分层清角模块；
曲面造型模块用于数控编程参考模型，参考模型的曲面造型是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，使用CAD建模软件，构建模具的外观形状曲面，并得到实体化模型，此模型用于编制基本的清角程序。
本实施例中的残留模型毛坯余量分析模块用于对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，残留模型毛坯余量分析模块包括：确定一把φ30的精加工刀具，取φ30球刀的刀心点，刀心点随着曲面造型的曲率法向投影到曲面上，重新搭建一个由若干个定位点依次连接构成的模型；重新搭建的模型为φ30精加工刀具加工完成后的实际状态，其中，残留模型毛坯余量分析模块的精加工刀具按照重新搭建的模型加工后，还会留有分层清角参数库模块分层清角的残余量，上述残余量作为分层清角的基础数据，参阅图1；
残留模型毛坯余量分析模块的建立残留模型利用曲面面积公式和三角函数，设曲面为z＝f(x,y),曲面面积元为ds,在xoy面投影面为dσ(x0,y0,z0)在曲面面积元内,该点切面法向量应该为：(z'x,z'y,-1)，切平面与xoy面夹角为α,则cosα＝1/√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]，所以ds＝dσ/cosα＝√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]dσ。
本实施例中的分层清角参数库模块用于保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，分层清角参数库模块根据刀具、切削进给量通过分层清角控制模块进行分层清角参数库的建立，如下表1所示，其中，在分层清角模块中直接调取分层清角参数库里的参数；
表1
本实施例中的分层清角加工模块包括：选定一把分层清角使用的φ6刀具，通过分层清角参数库模块的分层清角控制模块确定出一条最底层的刀路，基于φ6刀具的直径和残留模型的残余量6.22mm，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，参阅表1，将最底层的刀路依据残留模型的残余量，逐层抬起，生成分层刀路，参阅图2，其中，分层刀路产生后，再通过分层清角控制模块配置分层清角参数库模块中合理的切削参数，参阅表1和图3。
作为优选，分层清角控制模块通过使用VB.NET语言开发的分层清角加工软件，分层清角控制模块包括：基于残留模型毛坯余量分析模块已经加工完成的刀具路径，分层清角出当前模型的残留量，然后针对不同余量多次轴向或法向分层清角，其中，轴向或法向分层清角残留量的方式为：控制轴向余量，最后一层层深，最后几层保持切削方向，删除小于指定数值的刀具路径段，通过分层清角控制模块的SF参数设置，SF参数设置依据刀具直径、分层层深、法向残留高度、刀具伸出长度信息，把刀具路径的切削转速、进给切削参数保存到分层清角参数库模块中，后期NC编程员使用分层清角加工功能时，从分层清角参数库模块中调取相应的参数赋值给刀具路径。
实施例2
本实施例提供的模具分层清角数控加工系统的工艺方法，包括以下步骤：
步骤S1：利用曲面造型模块进行数控编程参考模型，参考模型的曲面造型是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，使用CAD建模软件，构建模具的外观形状曲面，并得到实体化模型；
步骤S2：利用残留模型毛坯余量分析模块对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，并确定精加工刀具的刀心点，通过将刀心点随曲面造型的曲率法向投影到曲面上，进行重新搭建一个由若干个定位点构成的模型；重新搭建的模型为精加工刀具加工完成后的实际状态，其中，残留模型毛坯余量分析模块的精加工刀具按照重新搭建的模型加工后，还会留有分层清角参数库模块分层清角的残余量，上述残余量作为分层清角的基础数据；
步骤S21：残留模型毛坯余量分析模块的建立残留模型利用曲面面积公式和三角函数，设曲面为z＝f(x,y),曲面面积元为ds,在xoy面投影面为dσ(x0,y0,z0)在曲面面积元内,该点切面法向量应该为：(z'x,z'y,-1)，切平面与xoy面夹角为α,则cosα＝1/√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]，所以ds＝dσ/cosα＝√[1+(z'x)^2+(z'y)^2]dσ；
步骤S3：利用分层清角参数库模块保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，分层清角参数库模块根据刀具、切削进给量通过分层清角控制模块进行分层清角参数库的建立，其中，在分层清角模块中直接调取分层清角参数库里的参数；
步骤S4：利用分层清角加工模块确定需要使用的一把分层清角使用的刀具，通过分层清角参数库模块的分层清角控制模块确定出一条最底层的刀路，基于刀具的直径和残留模型的残余量，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，将最底层的刀路依据残留模型的残余量，逐层抬起，生成分层刀路，其中，分层刀路产生后，再通过分层清角控制模块配置分层清角参数库模块中合理的切削参数。
步骤S41：利用分层清角控制模块基于残留模型毛坯余量分析模块已经加工完成的刀具路径，分层清角出当前模型的残留量，然后针对不同余量多次轴向或法向分层清角，其中，轴向或法向分层清角残留量的方式为：控制轴向余量，最后一层层深，最后几层保持切削方向，删除小于指定数值的刀具路径段，通过分层清角控制模块的SF参数设置，SF参数设置依据刀具直径、分层层深、法向残留高度、刀具伸出长度信息，把刀具路径的切削转速、进给切削参数保存到分层清角参数库模块中，后期NC编程员使用分层清角加工功能时，从分层清角参数库模块中调取相应的参数赋值给刀具路径。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种模具分层清角数控加工系统，其特征在于，包括：曲面造型模块、残留模型毛坯余量分析模块、分层清角参数库模块、分层清角模块；
所述曲面造型模块用于数控编程参考模型，所述参考模型的曲面造型是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，使用CAD建模软件，构建模具的外观形状曲面，并得到实体化模型；
所述残留模型毛坯余量分析模块用于对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，所述残留模型毛坯余量分析模块包括：确定精加工刀具的刀心点，所述刀心点随着曲面造型的曲率法向投影到曲面上，重新搭建一个由若干个定位点构成的模型；所述重新搭建的模型为精加工刀具加工完成后的实际状态，其中，所述残留模型毛坯余量分析模块的精加工刀具按照重新搭建的模型加工后，还会留有所述分层清角参数库模块分层清角的残余量，上述残余量作为分层清角的基础数据；
所述分层清角参数库模块用于保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，所述分层清角参数库模块根据刀具、切削进给量通过分层清角控制模块进行分层清角参数库的建立，其中，在分层清角模块中直接调取分层清角参数库里的参数；
所述分层清角加工模块包括：一把分层清角使用的刀具，通过分层清角参数库模块的分层清角控制模块确定出一条最底层的刀路，基于刀具的直径和残留模型的残余量，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，将最底层的刀路依据残留模型的残余量，逐层抬起，生成分层刀路，其中，分层刀路产生后，再通过分层清角控制模块配置分层清角参数库模块中合理的切削参数。
2.根据权利要求1所述的一种模具分层清角数控加工系统，其特征在于，所述残留模型毛坯余量分析模块的建立残留模型利用曲面面积公式和三角函数，设曲面为z＝f(x,y),曲面面积元为ds,在xoy面投影面为dσ(x0,y0,z0)在曲面面积元内,该刀心点切面法向量应该为：(z'x,z'y,-1)，切平面与xoy面夹角为α,则
所以
3.根据权利要求1所述的一种模具分层清角数控加工系统，其特征在于，所述分层清角控制模块包括：基于残留模型毛坯余量分析模块已经加工完成的刀具路径，分层清角出当前模型的残留量，然后针对不同余量多次轴向或法向分层清角，其中，所述轴向或法向分层清角残留量的方式为：控制轴向余量，最后一层层深，最后几层保持切削方向，删除小于指定数值的刀具路径段，通过所述分层清角控制模块的SF参数设置，所述SF参数设置依据刀具直径、分层层深、法向残留高度、刀具伸出长度信息，把刀具路径的切削转速、进给切削参数保存到分层清角参数库模块中，后期NC编程员使用分层清角加工功能时，从分层清角参数库模块中调取相应的参数赋值给刀具路径。
4.根据权利要求1所述的一种模具分层清角数控加工系统的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：利用曲面造型模块进行数控编程参考模型，所述参考模型的曲面造型是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，使用CAD建模软件，构建模具的外观形状曲面，并得到实体化模型；
步骤S2：利用残留模型毛坯余量分析模块对模型角落位置的残留毛坯余量数据采集并建立残留模型，并确定精加工刀具的刀心点，通过将刀心点随曲面造型的曲率法向投影到曲面上，进行重新搭建一个由若干个定位点构成的模型；所述重新搭建的模型为精加工刀具加工完成后的实际状态，其中，所述残留模型毛坯余量分析模块的精加工刀具按照重新搭建的模型加工后，还会留有所述分层清角参数库模块分层清角的残余量，上述残余量作为分层清角的基础数据；
步骤S3：利用分层清角参数库模块保存NC程序编制模块和数控清角加工过程的参数，所述分层清角参数库模块根据刀具、切削进给量通过分层清角控制模块进行分层清角参数库的建立，其中，在分层清角模块中直接调取分层清角参数库里的参数；
步骤S4：利用分层清角加工模块确定需要使用的一把分层清角使用的刀具，通过分层清角参数库模块的分层清角控制模块确定出一条最底层的刀路，基于刀具的直径和残留模型的残余量，再根据残余量和分层清角参数库模块中设置的分层层深，将最底层的刀路依据残留模型的残余量，逐层抬起，生成分层刀路，其中，分层刀路产生后，再通过分层清角控制模块配置分层清角参数库模块中合理的切削参数。
5.根据权利要求4所述的一种模具分层清角数控加工系统的工艺方法，其特征在于，在步骤S2中还包括以下步骤：
步骤S21：残留模型毛坯余量分析模块的建立残留模型利用曲面面积公式和三角函数，设曲面为z＝f(x,y),曲面面积元为ds,在xoy面投影面为dσ(x0,y0,z0)在曲面面积元内,该刀心点切面法向量应该为：(z'x,z'y,-1)，切平面与xoy面夹角为α,则
所以
6.根据权利要求4所述的一种模具分层清角数控加工系统的工艺方法，其特征在于，在步骤S4中还包括以下步骤：
步骤S41：利用分层清角控制模块基于残留模型毛坯余量分析模块已经加工完成的刀具路径，分层清角出当前模型的残留量，然后针对不同余量多次轴向或法向分层清角，其中，所述轴向或法向分层清角残留量的方式为：控制轴向余量，最后一层层深，最后几层保持切削方向，删除小于指定数值的刀具路径段，通过所述分层清角控制模块的SF参数设置，所述SF参数设置依据刀具直径、分层层深、法向残留高度、刀具伸出长度信息，把刀具路径的切削转速、进给切削参数保存到分层清角参数库模块中，后期NC编程员使用分层清角加工功能时，从分层清角参数库模块中调取相应的参数赋值给刀具路径。
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