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螺紋加工機床

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基于Edgecam 的異型螺紋自動編程技術研究
2016-8-26  來源:沈陽工程學院機械學院,  作者:李鐵鋼


       摘要: 針對異型螺紋的加工問題, 研究數(shù)控程序編制的自動化。基于Edgecam 軟件提出了螺紋加工的智能化編程方法; 論述了工藝設計、軟件設計和程序編制等關鍵技術, 利用PCI 和PDI 等二次開發(fā)語言編制了程序; 以某零件的螺紋圓弧加工實例測試了方法的有效性, 實現(xiàn)了螺紋制造的智能化和快速化, 為其它智能編程提供了借鑒。
  
       關鍵詞: 異型螺紋加工; 自動編程; Edgecam; 二次開發(fā); PCI; PDI
  
       0、前言
  
       螺紋是機械零件的典型結構, 常見的形式是60°牙型角的普通三角形螺紋, 現(xiàn)代零件普遍使用數(shù)控機床加工, 此種螺紋可在自動化的CAM 數(shù)控編程軟件上編制數(shù)控機床加工用程序。
  
       異型螺紋指的是剖面形狀為圓弧形、梯形及其它復雜剖面形狀的螺紋, 此類螺紋的形狀參數(shù)不定, 很多無統(tǒng)一的標準參照, 現(xiàn)今的計算機輔助編程軟件沒有異型螺紋的編程功能, 在編制數(shù)控車床加工的程序時, 通常手工計算數(shù)據(jù)點, 或者利用宏變量編程, 程序代碼手工編寫, 程序編制繁瑣且容易出錯。
  
       Edgecam 軟件是由英國開發(fā)的智能數(shù)控編程系統(tǒng), 主要應用于數(shù)控銑、數(shù)控車、數(shù)控線切割以及車銑復合等領域[1-2] , 是全球最著名的數(shù)控編程軟件之一, 使用數(shù)量居于獨立CAM 系統(tǒng)前矛, 具有完備的客戶二次定制開發(fā)功能, 可利用JVASCRIPT、VB 和C#等語言開發(fā)復雜的交互界面, 可基于工藝模型進行非交互自動制造特征識別和構建并進行加工, 特別適合開發(fā)定制自動化數(shù)控編程系統(tǒng)。
  
       本文作者開發(fā)了基于Edgecam 的數(shù)控車床異型螺紋自動編程系統(tǒng), 研究了工藝設計、軟件設計和程序編制等關鍵技術。
   
       1、關鍵技術及實現(xiàn)方法
   
       1.1 工藝設計
  
       異型螺紋的剖面由若干圓弧和直線組合而成, 典型的結構如圖1 所示。

   
  
       圖1 典型異型螺紋
   
       螺紋加工采用層切法加工, 同Z 軸方向平行,由內向外一層層加工, 可以采用帶圓弧的普通外圓車刀, 也可以采用標準螺紋車刀等實現(xiàn)。
  
       層切法的基本原理是每個異型螺紋剖面X 向分層擬合加工, 當利用60°角的外螺紋車刀加工如圖2所示外螺紋時, 車刀沿Z 向平行進給, 每條進給路線擬合成若干個數(shù)據(jù)點, 數(shù)據(jù)點軸向步距為L, 在粗加工時L 值可取較大值, 刀具以擬合點處的(x, z)作為螺紋的加工起點, 執(zhí)行螺紋加工命令, 比如, 對于FANUC0i-TB 系統(tǒng)而言, 可以使用單一螺紋加工指令G32 或螺紋單一循環(huán)指令G92 書寫程序。



    
  
       圖2 異型螺紋剖面加工
  
       1.2 系統(tǒng)設計及功能實現(xiàn)
  
       Edgecam 程序利用二次開發(fā)PCI (Program CommandInterface) 語言和PDI (Program Developing Interface)語言編寫接口程序讀寫Edgecam 數(shù)據(jù)庫中的幾何信息和拓撲信息實現(xiàn)螺紋的加工[3-4] , 異型螺紋自動加工系統(tǒng)運行于Edgecam 應用界面上, 對話框利用VB.net 開發(fā), 系統(tǒng)的功能流程如圖3 所示。
  
   

       圖3 系統(tǒng)功能流程
  
       設螺紋車刀的圓弧半徑為r, 取擬合的公差為ε,利用等步長直線逼近法擬合螺紋剖面, 設計算時與Z軸平行的軌跡上的數(shù)據(jù)點間的擬合步長為L, 則計算得:
  
       
  
       如圖4 所示, 設層切計算時由毛坯外向內與Z 軸平行的軌跡上加工, 刀具軌跡同左側螺紋剖面接觸的數(shù)據(jù)點為p1 , 下一切削層刀具軌跡同左側螺紋剖面接觸的數(shù)據(jù)點為p2 , p1 和p2 間的擬合步長為L1 , 則計算得:
   
      

   
      
    
       圖4 X 向擬合步距
  
       設兩個圓弧的圓心分別為O1 (x1 , y1 , z1 ),O2(x2, y2 , z2), 由于X 向擬合2 層間的擬合距離和螺紋截面的曲線撓度不大, 則O1O(jiān)2 ≈ p1 p2 =L1,O1(x1,y1 , z1 ) 為已知的數(shù)據(jù)點, 則X 向的擬合距離為[5]:
  
     
  
       1.3 程序生成算法
  
       程序使用變量宏編程實現(xiàn), 每層內用宏變量實現(xiàn)層內的加工, 其中#1 變量表示每層數(shù)據(jù)點同最左側螺紋擬合的Z 坐標(半徑表示), #4 變量表示每層數(shù)據(jù)點同最左側螺紋擬合的X 坐標(坐標變換后), #5為層數(shù)控制循環(huán)變量, #2 變量為層切削的控制循環(huán)變量, #6 變量為每層內擬合點的增量, 且#6=LX 。典型的程序(部分) 示例如圖5 所示。
 
 
 
       圖5 加工程序實例
  
        2、應用實例
  
       某零件的圖紙如圖6 所示, 零件兩端頭具有異型螺紋, 螺紋由多段圓弧和直線連接而成。
  
  

       圖6 典型異型螺紋零件
  
       此零件先進行除螺紋外的其它工序的加工, 最后車削加工兩端頭的螺紋, 螺紋加工時編程坐標系設置在零件的右端面, 切削外螺紋使用刀尖圓弧半徑為0.8 的60°的通用外螺紋車刀, 切削內螺紋使用刀尖圓弧半徑為0.4 的60°的通用內螺紋車刀。生成的加工程序利用VERICUT 仿真, 仿真結果驗證了系統(tǒng)設計的正確。經(jīng)過實際零件的切削加工,得到了合格的產(chǎn)品。
  
       3、結論
 
       基于Edgecam 的異型螺紋自動編程技術研究了異型螺紋的自動編程技術, 重點論述了軟件設計、層切法加工的原理和技術等關鍵問題[6] , 完成了系統(tǒng)的開發(fā)并加工出了合格的產(chǎn)品, 提高了異型螺紋編程加工的效率, 為其它產(chǎn)品的智能編程提供了借鑒作用。
  
   
  
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