CN112230605B - 一种基于rcs的方钢叶片加工快速数控程序编程方法及工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，其可以加快方钢叶片铣基准数控程序编程速度，且方法简单，了解工序的技术人员即可实施。本发明技术方案中，基于参数化工艺特点，预先将铣基准工序中需要加工的部位建立计算模型，用户使用时，只需要输入待加工方钢的基本尺寸参数、指定目标方钢叶片的种类、输入待加工方钢的底面距离五轴通用夹具的所述回转中心的距离、选择述铣削部位，既可自动生成RCS编程用文件。同时本发明也公开了基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具。

Description

一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法及工具
技术领域
本发明涉及数控加工控制技术领域，具体为一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法。
背景技术
叶片是汽轮机、水轮机、空轮机等机械设备中的关键零件。叶片的基本结构大致分为四部分：叶根、叶身型面、拉筋凸台和叶冠。根据叶片各个部位特征，需要使用相应的刀具来完成加工，满足叶片工艺要求，因此，加工叶片的数控程序，是由多步程序和多种刀具组成。小型叶片的毛坯是方钢，称“方钢叶片”，其制作工序为：在五轴机床上采用咬齿夹具，以进或出气侧为定位面，夹住方钢内、背弧两侧平面，尾部顶住中心孔，对叶片进行叶身综合铣。
由瑞卡斯达拉格海科特（StarragHeckert）公司开发的RCS软件（The Starrag CamSoftware）是专用于叶片的五轴数控加工编程软件，其由多个模块软件包组；该软件基于特征编程：将整个叶片分成若干特征，如叶根、叶冠、气道、叶根槽等等，之后通过软件内对应的功能模块，分别进行加工机加工程序编制。现有技术中，对方钢叶片进行数控程序编程的方法中，首先将夹具和方钢在UG（Unigraphics NX）中进行提取三维模型的坐标数据参数，然后将需要加工的部位在UG中建模，同样提取三维坐标数据，然后将相关数据参数导入到RCS软件中，进行后续加工过程的RCS编程工作。
其中，对于方钢叶片进行综合铣之前，需要先加工定位面（铣基准）、加工中心孔（铣中心孔）工序，这两道工序基于咬齿夹具进行，如图1所示，待加工方钢3放在夹具的定位座2中，定位座2固定在机床过渡盘1的一侧；其中，铣基准、中心孔的工艺为参数化工艺，相对于方钢理论面，工艺上标注的铣削尺寸基本是一定的，铣削基准的位置随方钢的大小不同而不同；然而这道工序，仍然需要执行利用UG软件提取相关的基准几何数据，然后再用RCS编制加工的程序；而这个利用UG软件读取基准几何数据的过程，需要专业的编程人员操作才能完成，过程繁琐，提高了加工工序的设计成本。
发明内容
为了解决现有技术中，方钢叶片的铣基准工序需要专业的编程人员才能完成，过程繁琐的问题，本发明提供一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，其可以加快方钢叶片铣基准数控程序编程速度，且方法简单，了解工序的技术人员即可实施。同时本发明也公开了基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具。
本发明的技术方案是这样的：一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：构建五轴通用夹具建立三维模型；设定所述五轴通用夹具中放置方钢的回转中心坐标；
S2：基于方钢理论面，构建铣基准工序中所有种类的方钢叶片需要加工的部位的计算模型；
基于参数化工艺，针对不同尺寸的方钢，不同的所述铣削部位在方钢上的位置、尺寸都是固定的，所述铣削部位加工成型的槽型特征也是固定的；
基于方钢的基本尺寸参数计算得出所述铣削部位的具体位置坐标参数、以及槽型特征的计算方法预先存储为所述计算模型；所述计算模型根据所述铣削部位分别存储；
S3：读取铣基准工序用的基准刀具文件；
S4：输入待加工方钢对应的产品代码，指定目标方钢叶片的种类；
S5：输入所述待加工方钢的基本尺寸参数：长、宽、高；
S6：输入所述待加工方钢的底面距离所述五轴通用夹具的所述回转中心的距离，对所述待加工方钢在所述五轴通用夹具中的位置进行定位；
S7：选在所述待加工方钢需要加工的所述铣削部位；
S8：基于所述待加工方钢的基本参数、所述五轴通用夹具的三维模型、所述铣削部位的所述计算模型，计算后生成铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据；
S9：输出RCS软件编程用文件；
S10：RCS软件读取所述RCS软件编程用文件进行后续编程工作；
其进一步特征在于：
所述RCS软件编程用文件包括：
用于定义所述待加工方钢的基本参数的res文件；用于定义所述加工槽数据的slg文件；用于定义刀具文件的tli、tlidb、tol文件；用以定义所述五轴通用夹具的stl文件；用以定义所述中心孔的.hol文件以及加工所述中心孔的stl文件；以及RCS软件运行所需tec文件；
步骤S2中，所述铣削部位包括：叶根底面、叶根背弧、叶根内弧、叶根进气侧、叶根出气侧、叶根中心孔、叶冠平面、叶冠背弧、叶冠内弧、叶冠进气侧、叶冠出气侧、叶冠中心孔。
基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其特征在于，其包括：模型构建模块、输入模块、计算模块、文件生成模块；
所述模型构建模块包括五轴通用夹具模型构建子模块、铣削部位构建子模块；所述五轴通用夹具模型构建子模块中，基于通用夹具尺寸构建五轴通用夹具模型，并指定所述五轴通用夹具的回转中心坐标；所述铣削部位构建子模块中，针对不同的方钢叶片的种类，定义铣削部位在方钢上的位置、尺寸以及铣削部位加工成型的槽型特征；
所述输入模块接收用户输入的以产品代码指定的目标方钢叶片的种类、待加工方钢的基本尺寸参数、所述待加工方钢的底面距离所述五轴通用夹具的所述回转中心的距离，以及用户选择的所述铣削部位；所述输入模块将用户的输入传递给所述计算模块；
所述计算模块基于基于所述待加工方钢的基本参数、所述五轴通用夹具的三维模型、所述铣削部位的所述计算模型，计算后生成铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据；所述计算模块将计算后获得计算结果传递给所述文件生成模块；
所述文件生成模块根据所述计算模块传递过来的计算结果，按照数据的种类将数据输出为RCS软件编程用文件。
其进一步特征在于：
所述目标方钢叶片的种类、所述待加工方钢的基本尺寸参数、所述待加工方钢的底面距离所述五轴通用夹具的所述回转中心的距离以输入框方式支持用户输入；所述铣削部位以选择框的方式支持用户输入；
所述输入模块的所有内容，支持以文件导入的模式进行输入；
其还包括显示模块，所述五轴通用夹具模型构建子模块中构建的所述五轴通用夹具模型、所述输入模块接收用户输入的内容，都基于所述显示模块显示给客户；
所述文件生成模块支持用户指定保存文件夹，实现选择所述RCS软件编程用文件的保存路径。
本发明提供的一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，基于参数化工艺特点，预先将铣基准工序中需要加工的部位建立计算模型，用户使用时，只需要输入待加工方钢的基本尺寸参数、指定目标方钢叶片的种类、输入待加工方钢的底面距离五轴通用夹具的所述回转中心的距离、选择述铣削部位，既可自动生成RCS编程用文件；无需专业技术人员基于UG进行建模，读取相关数据，也无需人工编制tec文件；不但缩短了RCS软件的编程时间，提高了工序的整体工作效率；且非专业编程人员，也可以通过本发明技术方案完成方钢也片的数控程序编程工作，提高了工序的执行效率。
附图说明
图1为现有技术中待加工方钢与定位座的位置关系示意图；
图2为基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具的模块示意图；
图3为本发明实施例中五轴通用夹具的建模示意图；
图4为实施例中生成的刀具文件示例图；
图5为实施例中本发明技术方案的软件界面示意图；
图6为实施例中本发明技术方案输出的输出RCS软件编程用文件组成示意图；
图7为本发明实施例中，RCS软件运行文件*.tec的示例；
图8为本发明实施例中，RCS软件生成的铣基准数控程序示例。
具体实施方式
如图2所示，基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其包括：模型构建模块4、输入模块7、计算模块8、文件生成模块9、显示模块10；本发明技术方案可以基于任何现有语言，如：C语言、VB、Java、C++等等来实现。
模型构建模块4包括五轴通用夹具模型构建子模块5、铣削部位构建子模块6；五轴通用夹具模型构建子模块中，基于通用夹具尺寸构建五轴通用夹具模型，并指定五轴通用夹具的回转中心坐标；铣削部位构建子模块中，针对不同的方钢叶片的种类，定义铣削部位在方钢上的位置、尺寸以及铣削部位加工成型的槽型特征；如图3所示，为本实施例中五轴通用夹具的建模示意图。
输入模块7接收用户输入的以产品代码指定的目标方钢叶片的种类、待加工方钢的基本尺寸参数、待加工方钢的底面距离五轴通用夹具的回转中心的距离，以及用户选择的铣削部位；输入模块7将用户的输入传递给计算模块8；目标方钢叶片的种类、待加工方钢的基本尺寸参数、待加工方钢的底面距离五轴通用夹具的回转中心的距离以输入框方式支持用户输入；铣削部位以选择框的方式支持用户输入；输入模块7的所有内容，支持以文件导入的模式进行输入；其中，五轴通用夹具模型构建子模块中构建的五轴通用夹具模型、输入模块7接收用户输入的内容，都基于显示模块10显示给用户； 如图5所示，为本实施例中用户输入的界面显示示例。
计算模块8基于基于待加工方钢的基本参数、五轴通用夹具的三维模型、铣削部位的计算模型，计算后生成铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据；计算模块8将计算后获得计算结果传递给文件生成模块9；计算模块8中只计算输入模块7传入的用户选择的铣削部位的数据。
文件生成模块9根据计算模块8传递过来的计算结果，按照数据的种类将数据输出为RCS软件编程用文件；文件生成模块9支持用户指定保存文件夹，即指定RCS软件编程用文件的保存路径，如图4所示，实施例中生成的刀具文件tol示例图；如图6所示，实施例中本发明技术方案输出的输出RCS软件编程用文件组成示意图。
本发明一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，包括以下步骤。
S1：预先构建五轴通用夹具建立三维模型；设定五轴通用夹具中放置方钢的回转中心坐标；如图3所示，构建五轴通用夹具2的三维模型，待加工方钢1放在五轴通用夹具2的夹持工位3中。
S2：基于方钢理论面，构建铣基准工序中所有种类的方钢叶片需要加工的部位的计算模型；
因为铣削加工用的咬齿夹具的尺寸是固定的，所以基于参数化工艺，针对不同尺寸的方钢，咬齿夹具需要夹持的部位（铣基准工序中加工的部位）在方钢上的位置、尺寸都是固定的，铣削部位加工成型的槽型特征也是固定的；
基于方钢的基本尺寸参数计算得出铣削部位的具体位置坐标参数、以及槽型特征的计算方法预先存储为计算模型；计算模型根据铣削部位分别存储；
本实施例中，咬齿夹具咬齿的部位，即铣基准工序中铣削部位包括：叶根底面、叶根背弧、叶根内弧、叶根进气侧、叶根出气侧、叶根中心孔、叶冠平面、叶冠背弧、叶冠内弧、叶冠进气侧、叶冠出气侧、叶冠中心孔；根据具体业务需要，如果有新增的铣削部位，则将其对应的计算模型新增到工具中，同时将新增的铣削部位显示给用户以供用户选择；
如：中心孔铣削深度7mm；内、背弧两侧面以及定位面的铣削数据：铣削宽度为7mm，切深2mm；这些铣削部位在待加工方钢1上的位置是固定的，指定与待加工方钢1的相对位置坐标即可。
S3：读取铣基准工序用的基准刀具文件；本实施例中：通过铣削刀具库RCSJIZHUN中的R040060、P020160刀具，对方钢进行粗、精铣方钢底部平面和顶部平面；通过P063008、Z020010刀具，进行粗、精铣咬齿位置和基准面；通过B315刀具钻中心孔。
S4：基于输入模块7，输入待加工方钢对应的产品代码，指定目标方钢叶片的种类；用于汽轮机、水轮机、空轮机、压气机等机械设备中叶片形状、大小都不一致，预先将所有种类的叶片进行编码，并且将编码和叶片的叶根、叶冠、气道、叶根槽等特征进行绑定并存储；如，本实施例中，输入产品代码：XX147R，用以指定叶片种类。
S5：基于输入模块7，输入待加工方钢的基本尺寸参数：长、宽、高；整个工具软件，基于统一的单位进行尺寸输入。
S6：基于输入模块7，输入待加工方钢的底面距离五轴通用夹具的回转中心的距离，对待加工方钢在五轴通用夹具中的位置进行定位。
S7：在列出的待选铣削部位中选择本次待加工方钢需要加工的铣削部位。
S8：在计算模块8中，基于待加工方钢1的基本尺寸参数、五轴通用夹具的三维模型、铣削部位的计算模型，计算后生成铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据；
根据步骤S5中输入的待加工方钢1的长度，确定待加工方钢在五轴通用夹具中轴向定位；根据步骤S6中输入的数据对待加工方钢在五轴通用夹具的相对位置进行定位；根据S7中选择的铣削部位找到铣削部位的计算模型，基于计算模型中的位置、尺寸、槽型特征进行计算，得出铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据。
S9：基于文件生成模块9输出RCS软件编程用文件；其中，RCS软件编程用文件包括：
用于定义待加工方钢的基本参数的res文件；用于定义加工槽数据的slg文件；用于定义刀具文件的tli、tlidb、tol文件；用以定义五轴通用夹具的stl文件；用以定义中心孔的.hol文件以及加工中心孔的stl文件；以及RCS软件运行所需tec文件；参照说明书附图的图6，为产品代码XX147R的文件组成结构，其中，res文件、tec文件、刀具库文件都以产品代码命名。
S10：RCS软件读取RCS软件编程用文件进行后续编程工作；图8为本实施例中，RCS软件基于图7所示的tec文件，运行后生成的与机床相应的铣基准数控程序；RCS在调用刀具数据文件时，识别的是二进制码文件，如图6中显示的刀具库的三个文件：*.TLI、*.TLIdb、*.tol，刀具库文件的文件名中含有产品代码。
基于本专利的技术方案，技术人员在编制RCS五轴铣方钢基准时，不需要在UG造型中手动读取平面槽数据，也不用编制TEC文件；输入尺寸数据，选择铣削部位后，通过工具即可自动生成槽数据文件、中心孔数据文件和tec编程文件；降低了铣基准工序的编程难度，提高了工序的执行效率，降低了错误发生概率。

Claims (8)

1.一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：构建五轴通用夹具三维模型；设定所述五轴通用夹具中放置方钢的回转中心坐标；
S2：基于方钢理论面，构建铣基准工序中所有种类的方钢叶片需要加工的部位的计算模型；
基于方钢的基本尺寸参数计算得出铣削部位的具体位置坐标参数、以及槽型特征的计算方法预先存储为所述计算模型；所述计算模型根据所述铣削部位分别存储；
S3：读取铣基准工序用的基准刀具文件；
S4：输入待加工方钢对应的产品代码，指定目标方钢叶片的种类；
S5：输入所述待加工方钢的基本尺寸参数：长、宽、高；
S6：输入所述待加工方钢的底面距离所述五轴通用夹具的所述回转中心的距离，对所述待加工方钢在所述五轴通用夹具中的位置进行定位；
S7：选择所述待加工方钢需要加工的所述铣削部位；
S8：基于所述待加工方钢的基本尺寸参数、所述五轴通用夹具的三维模型、所述铣削部位的所述计算模型，计算后生成铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据；
S9：输出RCS软件编程用文件；
S10：RCS软件读取所述RCS软件编程用文件进行后续编程工作。
2.根据权利要求1所述一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，其特征在于：所述RCS软件编程用文件包括：
用于定义所述待加工方钢的基本尺寸参数的res文件；用于定义所述加工槽数据的slg文件；用于定义刀具文件的tli、tlidb、tol文件；用以定义所述五轴通用夹具的stl文件；用以定义所述中心孔的.hol文件以及加工所述中心孔的stl文件；以及RCS软件运行所需tec文件。
3.根据权利要求1所述一种基于RCS的方钢叶片加工快速数控程序编程方法，其特征在于：步骤S2中，所述铣削部位包括：叶根底面、叶根背弧、叶根内弧、叶根进气侧、叶根出气侧、叶根中心孔、叶冠平面、叶冠背弧、叶冠内弧、叶冠进气侧、叶冠出气侧、叶冠中心孔。
4.基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其特征在于，其包括：模型构建模块、输入模块、计算模块、文件生成模块；
所述模型构建模块包括五轴通用夹具模型构建子模块、铣削部位构建子模块；所述五轴通用夹具模型构建子模块中，基于通用夹具尺寸构建五轴通用夹具模型，并指定所述五轴通用夹具的回转中心坐标；所述铣削部位构建子模块中，针对不同的方钢叶片的种类，定义铣削部位在方钢上的位置、尺寸以及铣削部位加工成型的槽型特征；
所述输入模块接收用户输入的以产品代码指定的目标方钢叶片的种类、待加工方钢的基本尺寸参数、所述待加工方钢的底面距离所述五轴通用夹具的所述回转中心的距离，以及用户选择的所述铣削部位；所述输入模块将用户的输入传递给所述计算模块；
所述计算模块基于所述待加工方钢的基本尺寸参数、所述五轴通用夹具的三维模型、所述铣削部位的计算模型，计算后生成铣削加工时需要的加工槽数据、中心孔数据；所述计算模块将计算后获得的计算结果传递给所述文件生成模块；
所述文件生成模块根据所述计算模块传递过来的计算结果，按照数据的种类将数据输出为RCS软件编程用文件。
5.根据权利要求4所述基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其特征在于：所述目标方钢叶片的种类、所述待加工方钢的基本尺寸参数、所述待加工方钢的底面距离所述五轴通用夹具的所述回转中心的距离以输入框方式支持用户输入；所述铣削部位以选择框的方式支持用户输入。
6.根据权利要求4所述基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其特征在于：所述输入模块的所有内容支持以文件导入的模式进行输入。
7.根据权利要求4所述基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其特征在于：其还包括显示模块，所述五轴通用夹具模型构建子模块中构建的所述五轴通用夹具模型、所述输入模块接收用户输入的内容，都基于所述显示模块显示给客户。
8.根据权利要求4所述基于RCS的实现方钢叶片加工快速数控程序编程的工具，其特征在于：所述文件生成模块支持用户指定保存文件夹，实现选择所述RCS软件编程用文件的保存路径。
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