%a7滚齿加工自动编程系统的研究与开发.pdf

《%a7滚齿加工自动编程系统的研究与开发.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《%a7滚齿加工自动编程系统的研究与开发.pdf（69页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、兰州理工大学硕士学位论文数控滚齿加工自动编程系统的研究与开发姓名：余亮申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：胡赤兵20090601硕卜等f 沦义摘要齿轮是机械行业的重要基础件，滚齿法是齿轮加工中广泛应用的方法。齿轮加工采用手工编程需人工进行工艺处理、数值计算、编写程序、输入和校验程序等步骤，其计算量大，出错率高且编程效率低。通用C A D C A M 自动编程软件，如U G、P R O E 等，需首先建立零件的精确几何造型，提取零件的几何和工艺信息生成数控代码。而绘制齿轮的精确齿形困难，故齿轮数控加工不适用于C A D C A M 通用软件编程。为有效解决这一问题，根据齿轮的形状和大

2、小可由有限个参数确定的特点，本论文提出了一种适合滚齿加工的自动编程方法。其核心是通过人机交互界面输入一定的齿轮参数、滚刀参数、工艺参数等参数，在运算库和工艺库的支撑下，经参数处理模块自动生成齿轮数控加工的N C 程序。本论文针对渐开线齿轮，重点研究了非圆齿轮中应用较广的椭圆齿轮和卵形齿轮的自动编程。在分析非圆齿轮数控滚齿加工原理的基础上，建立了椭圆齿轮和卵形齿轮滚齿加工的数学模型。根据有限个参数即可确定齿轮形状的特征，分析了滚齿加工的自动编程思想，在此基础上研究了滚齿加工自动编程系统的架构。采用面向对象技术，完成人机界面、参数处理和仿真模块的设计。针对滚齿加工中切削参数依赖于操作人员经验选择的

3、缺陷，对切削参数的优化进行了研究，建立了滚齿切削参数的多目标优化模型。编程系统具备自动生成N C 代码，参数输入与校验，工艺知识查询与优化等功能。应用数控滚齿加工自动编程系统，可避免手工编程的不足，缩短齿轮生产周期，提高数控机床的利用率，降低职业技术门槛。关键词：齿轮；自动编程；滚齿加工；数控编程；A b s t r a c tT h eg e a ri sa ni m p o r t a n te l e m e n ti nm a c h i n eb u i l d i n g，a n dg e a rh o b b i n gi so n eo ft h em o s tw i d e

4、 l ya p p l i e dp r o c e s s i n gm e t h o d s T h em a n u a lp r o g r a m m i n gm e t h o do fg e a rh o b b i n g，w h i c hu s e sm a n p o w e rt oc a r r yo np r o c e s s i n gp r o c e d u r e，c o m p u t i n g c o m p i l i n gp r o g r a m m i n g s，i n p u t i n gp r o g r a m m i n g

5、 s，c h e c k i n gp r o g r a m m i n g sa n dS Oo n，u s u a l l yl e a d st oh u g ec a l c u l a t i n gw o r k，h i g he r r o rr a t ea n dl o we f f i c i e n c y G e n e r a lC A D C A Ma u t o m a t i cp r o g r a m m i n gs o f t w a r e，s u c ha sP r o E，U Ga n dS Oo n，n e e d st h ep r e c

6、i s eg e o m e t r ym o d l eo fp a r t sa n dt h e ne x t r a c tt h eg e o m e t r ya n dp r o c e s si n f o r m a t i o nt og e n e r a t eN Cc o d e H o w e v e r，t h ep r e c i s ep r o f i l eo fg e a ri sh a r dt od r a w,s oi td o e sn o ta d a p tt oC A D C A Ms o f t w a r et og e n e r a

7、 t eN Cc o d e I no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e me f f e c t i v e l y，a c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i ct h a tt h ef i n i t ep a r a m e t e r sd e t e r m i n et h es h a p ea n ds i z eo fg e a r，t h i st h e s i sp r o p o s eas u i t a b l ea u t o p r o g r a m m i n g

8、m e t h o do fg e a rh o b b i n g T h ec o r eo ft h em e t h o di si n p u t t i n gac e r t a i ng e a rp a r a m e t e r s，h o bp a r a m e t e r s，t e c h n o l o g yp a r a m e t e r sa n dS Oo nt h r o u g hp e o p l e m a c h i n ei n t e r f a c e，w h i c ha u t o m a t i c a l l yg e n e r

9、 a t eN Cc o d eo fg e a rh o b b i n gb yp a r a m e t e rp r o c e s s i n gm o d u l ei ns u p p o r to ft h eo p e r a t i o n a la n dt e c h n o l o g yd a t a b a s e I nt h i st h e s i s，t h er e s e a r c he m p h a s i si sp u to na u t o p r o g r a m m i n go fe l l i p t i c a lg e a r

10、a n do v a lg e a rw h i c hi sw i d e l ya p p l i e di nn o n-c i r c u l a rg e a r O nt h eb a s eo ft h ep r o c e s s i n gt h e o r yo fn o n c i r c u l a rg e a rh o b b i n g，t h em a t h e m a t i c a lm o d eo fm a c h i n i n ge l l i p t i c a la n do v a lg e a r si se s t a b l i s h

11、 e d A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i ct h a tf i n i t ep a r a m e t e r sd e t e r m i n eg e a rs h a p e，t h ei d e ao fa u t o p r o g r a m m i n go ft h ep r o c e s s i n go fg e a rh o b b i n gi sa n a l y z e d，o nt h eb a s e o fw h i c hs t u d yt h es k e l e t o no

12、ft h ea u t o p r o g r a m m i n gs y s t e mo ft h eg e a rh o bp r o c e s s i n g A d o p t i n go b j e c t。o r i e n t e dt e c h n o l o g y，p e o p l e m a c h i n ei n t e r f a c ei sr e a l i z e da n dp a r a m e t e rp r o c e s s i n gm o d u l e，s i m u l a t i o nm o d u l ei sd e s

13、i g n e d B e c a u s eo ft h eh a n d i c a pt h a tt h ec u t t i n gp a r a m e t e r sd e p e n do nt h ee x p e r i e n c eo fo p e r a t o r s，t h eo p t i m i z a t i o no fc u t t i n gp a r a m e t e r si ss t u d i e da n dm u l t i o b je c t i v eo p t i m i z a t i o nm o d e lf o rg e

14、a rh o bp a r a m e t e r si se s t a b l i s h e d T h ep r o g r a m m i n gs y s t e mh a st h ef u n c t i o no fg e n e r a t i n gN Cc o d e s，p a r a m e t e r si n p u t t i n ga n dv a l i d a t i o n，t h ei n q u e ro ft h et e c h n o l o g yp a r a m e t e r sa n do p t i m i z a t i o n

15、a n dS Oo n T h ea u t o p r o g r a m m i n gs y s t e mo fC N Cg e a rh o b b i n g，c a na v o i dt h es h o r t a g eo fm a n u a lp r o g r a m m i n g，s h o r t e nt h ep r o d u c t i o np e r i o do fg e a r，i m p r o v et h eu t i l i z a t i o nl I硕l j 学付论文e f f i c i e n c yo fC N Cm a c h

16、 i n e sa n dd e c r e a s et h ep r o f e s s i o n a lt e c h n i c a lt h r e s h o l d K e yW o r d s：G e a r；A u t o m a t i cP r o g r a m m i n g；G e a rH o b b i n g；N CP r o g r a m m i nI I I兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对

17、本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：余栽日期：知叼年彳月7 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“4”)作者签名：导师签名：日期：知刁年6 月7 日E l 期：力们乡年歹月乡日反

18、击工疑水挺挪硕I：学位论文1 1 引言第1 章绪论随着科学技术的发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新换代周期越来越短，多品种、小批量的生产比重明显增加；同时，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高；此外，激烈的市场竞争要求产品的生产周期越来越短，传统的的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此，近几十年来，能有效地解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控加工技术得到了迅速发展和广泛应用。数控加工技术是2 0 世纪4 0 年代后期为适应复杂外形零件加工而发展起来的一种自动化加工技术，其研究起源于飞机制造业。1 9 4 7 年，美国帕森

19、斯(P a r s o n s)公司为了精确地制造直升机机翼、螺旋桨叶片和框架等，提出了用数字信息来控制机床自动加工外形复杂零件的设想。他们利用电子计算机对机翼加工路径进行数字处理，并考虑刀具直径对加工路径的影响，使得加工精度达到士O 0 3 8 l m m，从当时的水平来看该精度还是相当高的1 1】。1 9 4 9 年美国空军为了能在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件，与P a r s o n 公司和麻省理工学院(M a s s a c h u s e t t sI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y，M I T)伺服机构研究所合作，于1 9 5 2

20、 年研制成功世上第一台数控机床一三坐标立式铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。数控加工过程包括由给定的零件加工要求(零件图纸、C A D 数据或实物模型)进行加工的全过程。一般来说，数控加工技术涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两大方面。数控机床是一种按照输入的数字程序信息进行自动加工的机床，它集现代机械制造技术、自动控制技术及计算机信息技术于一体，是高效率、高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工设备。数控机床的运动可控性为数控加工提供了物质基础，但数控机床是按照提供给它的指令信息一加工程序来执行运动的。因此，零件加工程序的编制(简称数控编程，包括从分析加工要求到

21、获得合格的零件程序的全过程)是实现数控加工的重要环节。特别是对复杂零件的加工，其编程工作的重要性甚至超过数控机床本身。数控编程技术涉及制造工艺、计算机技术、数学、计算几何、微分几何、人工智能等众多学科领域知识，它所追求的目标是如何更有效地获得满足各种零件加工要求的高质量数控加工程序，以更充分地发挥数控机床的性能、获得更高的加工效率与加工质量。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零数拧滚|上i 加T 自动编柑系统的研了E j 7 fz 乏件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、有效地工作。齿轮是机械行业中广泛应用的关键零件之一，随着现代制造技

22、术的飞速发展，齿轮的数控加工技术得到了广泛应用。目前，滚齿是国内、外应用最广的切齿方法，一些国家滚齿机的拥有量约占所有齿轮机床总量的4 5 5 0 1。现有的齿轮加工数控机床，一般都采用手工编程方法，即通过人工来进行工艺处理、数值计算、编写程序、键盘输入程序、程序校验等各步骤。手工编程方法主要的不足之处是：对编程人员的职业技术要求比较高；手工编程中，坐标运动量的分析计算复杂，容易出错，从而影响齿轮的加工质量；效率比较低，生产周期长。现今的商业C A D C A M 集成数控编程系统多属于通用性的计算机辅助数控编程软件，具有广而博的通用性，使得其在具体应用时不能很好地处理特定的零件。本课题“数控

23、滚齿加工自动编程系统的研究与开发 就是在这一背景下产生的。1 2 数控自动编程发展概述随着数控机床的出现与普及，数控编程也不断地发展和变化。数控编程的方法总的来说分为手工编程和自动编程。手工编程由于效率比较低，对复杂的加工无法实现。随着计算机在制造业的应用，出现了自动编程系统，并由于其先进性、高效率、高质量的优点，自动编程得到了长足的发展。1 2 1 国内外数控自动编程发展概况自动编程(A u t o m a t i cP r o g r a m m i n g)的含义是计算机辅助编程(C o m p u t e rA i d e dP r o g r a m m i n g)。最早研究数控自

24、动编程技术的国家是美国。19 5 2 年，美国研制出第一台数控铣床。1 9 5 3 年，美国麻省理工学院伺服机构实验室，在美国空军的资助下，着手研究数控自动编程，19 5 5 年公布了A P T 系统(A u t o m a t i c a l l yP r o g r a m m e dT o o l sS y s t e m)，1 9 5 9 年开始用于生产。其后，A P T 几经发展，形成了诸如A P T I I、A P T I I I(立体切削用)、A P T I V(算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能)、A P T A C(A d v a n c e dC o n t o u r

25、i n g)(增加切削数据库管理系统)和A P T-I V S S(S c u l p t u r e dS u r f a c e)(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版本。A P T 是一个数控自动编程语言系统，其语言词汇丰富，能够定义的几何类型多，并且配有1 0 0 0 多种后置处理程序，可靠性较高，用户易于二次开发，能够处理二维轮廓、三维曲面的铣削加工，包括刀轴可倾斜的多坐标加工。但是A P T 系统太庞大，较难掌握，而且占用内存大，需要使用大型计算机，费用昂贵。为此，在A P T 的基础上，世界各国又各自发展了带有一定特色和专用性更强的A P T 衍生语言，如美国的C o m p a

26、c t、A D A P T，德国的E X A P T，日本的H A P T、F A P T，英国的Z C L，法国的I F A P T，意大利的M O D A P T 等。后来出现的这些系统都I：L A P T 系统小，而且特色鲜明。比如，美国的A D A P T2坝l j 宁、?f 仑义系统不仅适用于小型计算机，可用于两坐标切削，而且能与A P T I I I 相配使用其后置处理程序，不需要再重新设计，其程序系统采用了可以剪辑的模块式结构，可以根据需要增加和删减程序，使用方便灵活。德国的E X A P T 系统分为E X A P T-I(用于点位加工)，E X A P T-I I(用于车削加

27、工)、E X A P T-I I I(用于连续铣削加工)三种，它简化了A P T 语言中的图形描述部分，把重点转移到了加工工艺上，具有切削条件自动选择和加工顺序自动决策的功能。与其它语言系统相比，它最主要的特点是：语言简练，容易掌握和使用，书写工作量小。除能够描述零件的儿何形状，通过计算机自动地计算出几何参数外，还能够进行工艺描述，并通过计算机自动地确定工艺参数，甚至可以部分的解决生产工艺过程最佳化的问题。该系统将刀具材料及加工顺序等的有关数据以文件的形式独立存储起来，使用时可检索，既方便又灵活。我国自6 0 年代中期开始研究数控自动编程系统，7 0 年代以后，以A P T 为基础研制出了一些

28、数控自动编程语言系统，如S K C 1(2 5 维)、S K C 2(四坐标平面变斜角)、S K C 3(五坐标平面变斜角)、Z C X 1(2 5 维)、Z B C 1(2 5 3 维)等具有平面铣削加工、车削加工等编程功能的系统。后来又研制出具有复杂曲面编程功能的C A M 2 5 l 等多功能语言系统。随着计算机技术的发展，又推出了在微机上使用的H Z A P T，E A P T，S A P T，M A P T 等微机数控自动编程系统。采用A P T 语言编制数控程序具有程序简练、走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素的“高级语言”级。但A

29、P T 仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和C A D 系统及C A P P 系统有效连接；不易做到自动化和集成化。6 0 年代中期，计算机图形显示器(以下简称图像仪)的出现，引起了数控编程方法上的一场变革。以计算机辅助设计(C A D)软件为基础，利用C A D 软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机图形显示器上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机图形显示器上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编

30、制出数控加工程序，同时在计算机图形显示器上动态地显示出刀具的加工轨迹。这种编程方法就叫图形交互自动编程。也是目前国内外先进的C A D C A M 软件所普遍采用的数控编程方法。1 9 7 2 年，美国洛克西德加里福尼亚飞机公司首先研究成功采用图像仪辅助设计、绘图和编制数控加工程序的一体化系统C A D A M 系统，从此揭开了C A D C A M一体化数控编程的序幕。1 9 7 5 年，法国达索飞机公司引进C A D A M 系统，为已有的二维加工系统3数P：j 矗ic r,D I l _ In，：7 J 并f 罕彳!刁的f f J l 歹E j 7 之C A L I B R B 增加二维

31、设计和绘图功能，1 9 7 8 年进一步扩充，开发出了满足三维设计、分析和N C 加工要求的C A T I A 系统。8 0 年代初，该公司将C A T I A 用于飞机吹风模型的设计和加工，使研制周期从6 个月下降为1 个月。目前己成为应用最广泛的C A D C A M 集成数控编程系统之一，在航空和汽车工业具有广泛的应用。从8 0 年代以后，各种不同的C A D C A M 集成数控编程系统如雨后春笋般地发展起来，典型的有M a s t e r C A M、P r o E n g i n e e r，还有E u c l i d、S u r f C A M、C i m a t r o n 等

32、。其中P r o E n g i n e e r 是美国P T C(P a r a m e t r i cT e c h n o l o g yC o r p o r a t i o n)开发的一套C A D C A M 系统，是近年来相继推出的C A D C A M 软件中较为成功的一种，目前已广泛应用于机械、航空、航天和汽车工业，尤其是在各种各样的模具制造业中发挥了重要作用。我国在引进国P ,C A D C A M 系统的同时，也开展了自行研制工作。2 0 世纪8 0年代以后，首先在航空工业开始集成化的数控编程系统的研究和开发工作，如西北工业大学研制成功的能进行曲面的3-5 轴加工的N P

33、 U G N C P 图形编程系统；北京航空航天大学与第二汽车制造厂合作完成的汽车模具、气道内复杂型腔模具的三轴加工软件；北京航空航天大学开发的金银花软件，能够处理大型复杂零件设计，装配零件数目可达1 0 0 0 多个，具备零件设计、装配设计、工程图纸设计、高级曲面设计、高级渲染、三维标准件模块，广泛的数据交换接口，可与多种C A D C A E C A M C A P P 系统交换产品数据；南京航空航天大学自行研制开发的超人2 0 0 0C A D C A M 等。虽然我们也有自己的C A D C A M 软件产品，但国内软件产品远远不如国外的成型软件，我国还没有开发出具有自己特色的大型的工

34、程化、商业化的软件系统。从三维图形设计到工程数据库，国内还没有一套能代替国外产品的软件。因此，我国现阶段主要是研究开发面向工业化、实用化的软件。1 2 2 数控自动编程发展趋势数控自动编程是指利用计算机进行走刀路线及加工参数的自动决策，生成符合所使用的数控机床指令格式的数控程序。自2 0 世纪8 0 年代以来，先进制造技术在世界范围内得到了迅速发展，作为先进制造技术组成部分的数控自动编程技术，也在不断发展以适应新的制造环境及其支撑平台，并呈现出如下发展趋势：1)集成化集成化是指数控编程系统与其它系统如计算机辅助设计系统、加工过程控制系统、质量控制系统等的集成。集成化的目的是便于各系统间的信息反

35、馈和并行处理，提高编程系统以至整个产品设计制造过程的效率与质量。对于编程系统与C A D 系统，目前应用较广的是以实体造型几何数据库为核心的集成方法，可直接从C A D 数据库中提取所需要的几何信息及拓扑信息进行数控编程，但这种方式仍4坝f：学位论义然需要较多的人工干预。另一种仍处于研究与开发之中的是以产品模型数据库为核心的集成化方法。产品模型的建立采用新一代的特征造型技术，包括了产品的完备信息，因此有利于根据模型所包含的几何与非几何信息来自动确定加工方案、进给速度、主轴速度和切削深度等。2)智能化数控加工的效率与质量极大地取决于加工方案与加工参数的合理选择，包括合适的机床、刀具形状与刀具尺寸

36、、刀具相对加工表面的姿态、走刀路线、主轴速度、切削深度和进给速度等。为了优化这些参数，必须知道在复杂的切削状态下这些参数与刀具受力、磨损、加工表面质量及机床颤振等众多因素之间的关系。在复杂形状零件的加工过程中，切削状态往往一直是变化的，其优化措施还必须具有动态自适应的特点。对于加工方案与参数的自动选择与优化是数控编程走向智能化与自动化的重要标志和要解决的关键问题。在建立工艺数据库的基础上，采取自动特征识别和基于特征与知识的编程是解决该问题的重要途径。3)测量编程加工一体化在反求工程领域，采用快速扫描方法获取复杂实物上的坐标，通过数据处理生成零件的三维实体模型，再采用C A D C A M 软件

37、进行数控编程。这种集测量、建模和加工于一体的3 M(M e a s u r i n g，M o d e l i n ga n dM a n u f a c t u r i n g)集成化技术，其魅力不仅表现在产品的质量检测上，而且表现在对模型的迅速测量、现场造型、编辑和立即加工上。这一切将显著缩短从实物到模型再到产品的生产转换周期，提高设计和加工效率。1 3 本论文的主要内容和意义1 3 1 论文的主要内容本论文主要是根据齿轮滚齿加工的特殊性，研究非圆齿轮中广泛应用的椭圆齿轮和卵形齿轮的自动编程系统，即通过输入一些基本参数，如齿轮参数、刀具参数、工艺参数等参数自动生成齿轮N C 程序。本论文的

38、主要内容有：(1)在分析非圆齿轮数控滚齿加工原理的基础上，建立了椭圆齿轮和卵形齿轮自动编程的数学模型，并以此为基础研究其自动编程技术；(2)基于决定齿轮形状和大小的参数是有限的、固定的特性，分析了数控滚齿加工自动编程系统的核心思想，在此基础上设计了系统的总体架构；(3)研究切削参数对数控滚齿加工的影响，建立了切削参数的多目标优化模型。5数拧；衮街洲r f L l 动绵杞系统的例了E j i 吸1 3 2 论文的意义数控加工采用手工编程需人工进行工艺处理、数值计算、程序编写和校验等步骤，计算量大，出错率高且编程效率低。采用通用C A D C A M 自动编程软件，如P r o E、U G 等，需

39、建立零件的精确几何造型，提取零件的几何和工艺信息生成数控代码。非圆齿轮的齿廓只有在节点处为理论齿形，这些通用软件绘制精确的齿形较为困难，且其价格昂贵，不可能广泛采用。数控滚齿加工自动编程系统的研发，大大缩短了齿轮的生产周期，提高了数控滚齿机床的利用率。采用自动编程系统可以避免手工编程中的繁杂计算，只需要输入一些参数即可，降低了操作人员的劳动强度和职业技术门槛。同时，自动编程系统具有参数验证和工艺参数的优化决策功能，克服了工艺参数的选择依赖于工人经验的缺陷，因而可大大减少N C 程序的出错概率，提高齿轮加工质量的稳定性和加工效率。自动编程系统可代替昂贵的通用C A D C A M 软件，且不需要

40、进行专人技术培训，从而降低生产成本。由此可见，数控滚齿加工自动编程系统的研究与开发对齿轮的数控加工的发展具有重要的意义。1 4 论文结构本论文针对齿轮数控加工采用手工编程效率不高、计算繁杂，采用通用C A D C A M 软件成本昂贵且难于精确建立齿形的问题，基于齿轮类零件的特殊性研究了一种适合于齿轮自动编程的方法。本论文共分为六章，各章的内容结构安排如下：第一章为绪论部分，介绍课题背景、研究意义以及国内外研究现状。根据目前研究领域存在的问题提出了本课题研究方向，并简要说明了本课题的研究内容。第二章为数控编程的研究，对数控编程中手工编程和自动编程进行了介绍，特别是对自动编程中A P T 语言编

41、程、数控图形编程进行了详细的研究，对其它一些数控自动编程也进行了研究。第三章是数控滚齿加工自动编程的数学模型。主要研究了非圆齿轮齿廓的形成原理、非圆齿轮数控滚齿加工联动关系及加工原理，并在此基础上建立了椭圆齿轮和卵形齿轮自动编程的数学模型。第四章是自动编程系统的总体设计。分析了数控滚齿加工自动编程系统的思想，在此基础上设计了自动编程系统的整体架构，将其划分参数输入模块、参数处理模块、后置处理和动态仿真模块，并对各功能模块进行了详细分析。第五章是自动编程系统的研究与开发。采用面向对象技术，对自动编程系统进行研究。利用V i s u a lC+开发自动编程软件，实现了人机界面，详细研究了滚齿加工中

42、工艺参数的优化模型，并对数控滚齿加工的仿真进行了探讨。6顶 j 学位论文第六章对本论文的研究进行总结，提出了进一步研究需解决和完善的相关问题。1 5 本章小结本章主要简述了课题的研究背景、内容和意义，介绍了国内外数控自动编程技术的发展历史、现状及发展趋势，在此基础上，根据齿轮形状的特殊性研究适合齿轮加工的自动编程技术。7数托：滚一枷r 门功编柙系统的研究j 丌发第2 章数控编程技术的研究在数控机床上加工零件时，从分析零件图纸到获得数控机床所需的控制介质的全过程即为程序编制，简称数控编程。一般来说，数控编程过程，主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写程序单、输入数控系统及程序校验，如图

43、2 1 所示。图2 1 数控编程过程2 1 数控编程的内容和步骤在数控编程前，应了解所用数控机床的规格、性能、C N C 系统所具备的功能及编程指令格式等。编制程序时，应先对零件图样规定的技术要求、零件的几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方法和加工路线，选择夹具、切削刀具和切削参数，再进行数值计算，获得刀位数据。然后按数控机床规定的代码和程序格式，将工件的尺寸、运动方式、刀位数据、切削参数(主轴转速、进给速度、切削深度等)以及辅助功能(换刀、主轴转向、冷却液开关等)编制成N C 程序，并输入数控系统，由数控系统控制机床自动进行加工。其具体步骤为：1 分析零件图纸拿到零件图样或样品后，应

44、认真分析零件的几何形状、加工内容、加工精度、表面粗糙度等技术要求，确定是否适合采用数控机床加工。根据数控加工的特点，我国的国情和国内外大量应用实践，一般可将零件分为：最适应类、较适应类和不太适应类啼1。“2 确定工艺过程确定工艺过程又称工艺处理，主要任务是：确定走刀路线和安排工步顺序、确定定位基准与夹紧方案、选择夹具、选择刀具、确定对刀点和换刀点，确定加工用量等。(1)工件装夹与夹具8顾f 学位论义与在一般机床上加工一样，要合理选择工件的定位基准与装夹方案，此外还要注意以下几点：减少装夹次数，尽可能做到一次装夹后能加工出全部待加工表面，以充分发挥数控机床的效能；缩短工件的定位和夹紧过程，以减少

45、辅助时间；使用组合夹具，缩短生产准备周期，重复使用夹具零件降低加工成本；所用夹具应便于安装，便于调整工件坐标系和机床坐标系的尺寸关系。(2)选择工件原点和编程坐标系数控加工程序的编制要正确地选择工件原点及工件坐标系(或称之为编程原点、编程坐标系)。工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图样上的某一固定点为原点(也称工件原点)所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件原点及工件坐标系的选择原则如下：所选的工件原点及工件坐标系应使程序编制简单；工件原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置；引起的加工误差小。(3)选择合理的走刀路线走刀路线是数控加工中刀具相对于工

46、件的运动轨迹。确定加工路线时，应根据被加工零件的加工余量、加工精度和粗糙度要求，以及机床、刀具等的具体情况加以考虑。例如，是采用顺铣还是逆铣，是一次走刀还是多次走刀等。确定加工路线还应使数值计算简单，程序段少。走刀路线的选择应从以下几个方面考虑：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击；有利于提高加工精度和表面粗糙度；保证加工过程的安全性，避免干涉；有利于简化数值计算，减少程序段数目和编程工作量。(4)确定切削用量切削用量包括切削速度、切削深度和宽度。数控加工的切削用量一般可比普通加工的切削用量高，具体可查阅切削用量数据库或切

47、削用量手册。3 计算刀位数据刀位数据是刀具中心轨迹数据的简称。根据零件加工面的几何尺寸、加工路线、刀具形状和刀具半径补偿方式计算刀具中心运动轨迹，计算刀具中心轨迹除了考虑加工面的理论轮廓尺寸外，还需考虑切入、切出、过渡等辅助运动轨迹。4 程序的编写和校验选定工件原点和工件坐标系，规划好走刀路线，选择了刀具、切削用量、刀具形状和切削条件，计算出刀具刀位数据，数控编程所需的数据已准备就绪，编程员使用数控机床的程序指令，按照规定的格式，逐段编写N C 程序。数控程序的校验是检查程序是否有错误或缺陷(常用检验方法有计算机图形仿真和在机床上9数拧滚禹加T 自功编秤系统的f i J 宄j 丌发试切)，对N

48、 C 程序作修改、完善和优化，直至成功地加工出合格的零件。2 2 数控编程方法数控编程的方法有很多，通常分为手工编程和自动编程，其中自动编程又分为语言编程和C A D C A M 集成编程。2 2 1 手工编程数控编程的各个步骤，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写N C 程序和程序的校验，主要由人工来完成，如图2 2 所示。零件图纸N C 机床几何信息工艺信息加工空间范围工件轮廓材料刀具工件几何形状表面质量主轴转速尺寸公差表而粗糙度进给量切削速度工件刚度其它参数之毒多上艺分析(1)对刀点(4)切削用量(2)加_ L 路线(5)切削方式及(3)刀具选择辅助性上艺

49、数值计算(1)零件轮廓各连接点的计算(2)中心插补点计算(3)刀具中心轨迹计算(4)辅助计算8编写程序清单顺序号语句1语句2”语句nN 0 0 1G 0 1G 9 0M 8 0L FN 0 0 2t iM O OM l f i输入数控机床图2 2 手工编程对于点位加工和几何形状不太复杂的零件，数控编程较简单，程序段不多，l O硕f。学位论文手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，以及几何元素虽不复杂，但程序量很大的零件，计算及编写程序则相当繁琐，工作量大，容易出错，且校对困难，采用手工编程是难以完成的，必须采用自动编程。2 2 2 自动编程数

50、控自动编程是指利用计算机部分或全部地完成手工编程的内容。与手工编程相比，尽管自动编程需要完成的内容不变，但随着科学技术的发展，数控自动编程系统的实现方式和结构也在不断发展。最早出现的自动编程系统为语言输入方式的自动编程系统。编程人员根据加工零件的几何尺寸，工艺要求、切削参数及辅助信息，使用规定的数控语言编写零件加工源程序，将其输入计算机中，计算机便自动处理，生成刀位数据，编写出零件加工程序。后来又出现了图形交互式自动编程系统，语音自动编程系统及数字化技术自动编程系统。1 A P T 语言编程A P T(A u t o m a t i c a l l yP r o g r a m m e dT