数控铣床图象编程与仿真系统的研究.pdf

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1、工艺与检测数控铣床图象编程与仿真系统的研究?东北大学葛研军王启义摘要利用计算机图形学技术提出一种对数控铣床进行图象编程的方法,并针对所生成的 NC 程序进行加工模拟仿真,最后采用 RS232 串行通信方法,方便地实现了微机与数控机床之间的数据传送,使 CAD/CAM集成成为可能。关键词数控铣床图象编程仿真通信在现代机械制造中,数控机床作为一种高效自动化加工设备,越来越广泛地受到人们的关注,但国内外数控机床使用情况并不理想,究其原因主要有以下几点:(1)编程方法落后,缺少必要的图形工具的支持,程序不够直观,容易出错 2。(2)缺乏必要的程序检验手段。无论是手工编程还是自动编程都可能出现错误,这样

2、就会在加工过程中引起设备、刀具或工件的损坏。(3)数控代码不便传输与保存。传统的数控代码只能靠手动在操作面板上或通过光电阅读口输入,对于用户更换加工品种及保存资料等甚为不便。针对上述问题,我们开发了一个数控铣床基于图形的自动编程与仿真系统。1图象编程方法基本原理利用计算机图形学技术,在计算机屏幕上绘制出所要加工零件的几何图形,然后将所生成的几何图形关键点坐标转化为刀位文件所需的形式,并将其存储在一个动态链表中,此动态链表可以根据用户的加工要求进行加工排序,最后生成用户加工要求的刀位文件。图1a 所示为用户在微机上绘制出的加工零件几何图形,图 1b 中 P1点为加工起点,P2点为确定的加工方向,

3、图 1c 为数控加工各程序段的加工方向示意图。图 1加工零件外观图2数控代码自动生成刀位文件成后,可根据零件几何外观图形及数据,将其自动地转换为具体数控机床所需要的数控代码(本系统的数控代码格式适用于 FANUC 0M 系统及FANUC 6M 系统)。另外,在此过程中还要解决坐标制的设定、刀具补偿及加工参数的设定等问题。图 2 是将排好序的刀位支件直接转换成 FANUC 0M 系统和FANUC 6M 系统的数控代码程序框图。图 2数控铣床程序框图3数控系统加工过程计算机仿真3.1加工过程计算机仿真原理在数控加工过程中,由于各种错误加工因素,往往20 制造技术与机床?辽宁省科委攻关项目资助。会使

4、数控系统自动报警,造成停机、废活等现象,因此有必要对其进行加工过程仿真。本系统加工过程计算机仿真原理是:首先在刀具补偿为零的情况下,用 C 语言将数控代码解释成图形,并检查该图形是否为用户所绘制的原始图形,然后根据刀具补偿值,计算出各个关键点的刀位数据,并按加工要求将其解释成为动态图形,即可直观显示出是否与工件发生干涉等加工故障。图 3 中粗线轮廓为无刀偏时数控代码还原的原始图形,箭头方向线为刀偏是G41时仿真加工过程的刀心轨迹。图 3铣削加工计算机过程仿真3.2数控铣削刀位文件生成方法3.2.1加工方向性为使刀位数据易于获得,避免传统数值积分法(DDA)精度较差与运算繁琐等缺点 4,本系统在

5、加工仿真过程中引入加工方向性概念,使刀心轨迹在算法上简洁明了,程序可读性强。3.2.2刀具偏置位置确定如图 4若加工方向确定为 PQR,则可根据刀具偏置号 G41(左刀偏)或 G42(右刀偏),利用矢量代数唯一地确定出 P1点或者是 P2点。设PQ PP1=t1k(1)PQ PP2=t2k(2)则当刀具偏置号为 G41 时,t1 0,此时取 P1点。当刀具偏置号为 G42 时,t2 0,此时取 P2点。图 4刀具偏置位置上述计算适用于加工起点是直线的情况。若加工起点是圆弧,则应确定圆弧的方向数?,然后再利用式(1)或式(2)进行计算。?可由微分几何理论进行确定?=drds=(-Rsin?i+R

6、cos?j)d?Rd?=(-sin?i+cos?j)式中 r 为圆弧矢点的矢径,s 为圆弧的弧长,?为圆弧始点的圆心矢径与 X 轴的交角。上式中,当圆弧为逆圆时取“+”号,反之取“-”号。3.2.3加工内、外轮廓确定切削零件时,首先要进行内、外轮廓测量,以便形成不同的刀心轨迹,内、外轮廓可由轮廓角?确定。如图 5,将 PQ 矢量取反并单位化,即?=PQ?PQ?,b 表示 Q点圆弧方向数,由欧拉公式得:a=ei?1b=ei?2ab=ei?1ei?2=ei(?1-?2)=ei?=cos?+isin?(3)由式(3)知,根据复变函数的虚、实部可唯一地确定出?的大小,其变化范围为 0 360,根据 F

7、ANUC 0M系统和 FANUC 6M 系统定义可知:当 0?时为内轮廓,?2?时为外轮廓。3.2.4内轮廓交点的取舍内、外轮廓确定后,还要对内轮廓进行求交运算,除直线与直线加工情况为单交点外,其余各种情况出现的交点均为双交点,因此需要对其进行交点的取舍。但这种情况与上述加工状态相比就显得较为简单了,可用解析几何理论直接获得。由上述得出各种状态下刀位数据关键点之后,刀位文件即可生成。该方法也可类推到数控线切割加工。将刀位文件动态地解释成图形,并显示在计算机屏幕上,便构成了数控加工过程计算机仿真。图 5轮廓角确定4微机与数控机床异步通信数控代码自动生成后,经仿真验证无问题之后,即可向数控机床传送

8、数控代码。传统的数控程序是用穿图 6微机发送数控文件程序框图211998年第 4期极 径 渐 开 线 插 补 原 理青海大学郭崇善摘要在分析圆的渐开线形成原理的基础上,建立了极径渐开线插补原理。即先建立圆的渐开线极坐标方程,选择极径为控制核心,以极径增量确定渐开线位置,而后进行插补。关键词渐开线极径渐开线插补从目前国内外现有数控机床来看,大多数数控机床只有直线插补和圆弧插补,而不具备渐开线插补功能。长沙国防科技大学王启民在渐开线插补方面做了有益的探索,提出了先进行基圆的圆弧插补,由插补点确定发生线的位置,而后进行渐开线插补的数字积分法渐开线插补原理。本文在对该插补原理和圆的渐开线深入研究的基础

9、上,另辟蹊径,提出了极径渐开线插补原理。1圆的渐开线极坐标方程以基圆的圆心为坐标原点,使X 轴经过圆上的P0点,y 轴垂直于 X 轴,P0为渐开线在圆上的起始点,P(x,y)为渐开线上的任一点,设基圆半径 OB=R,BOD=?,如图 1 所示。根据渐开线的性质,可推出渐开线上 P(x,y)点轨迹参数方程为:x=Rcos?+R?sin?y=Rsin?-R?cos?(1)图1渐开线除了在直角坐标系中可建立参数方程外,也可在极坐标系中建立参数方程。同样,还是以基圆的圆心为极坐标系的极点,ox 轴为极轴,P0为渐开线上的起始点,P(?,?)为渐开线上任一点,设基圆半径为孔纸带,通过光电阅读机输入到数控

10、机床,这样不仅加工成本高,而且传送环节多,速度慢,容易出错。本系统通过一般数控机床和微机都具有 RS232 异步串行口,自行开发了一个专用通信软件,将微机的数控代码直接发送给数控机床,从而省去了纸带自动穿孔机及光电阅读机等环节,降低了成本,提高了加工信息的传送速度。其程序框图见图 6。5结论(1)利用 C 语言丰富的图形功能,在微机上非常直观地实现了数控代码的自动生成,其编程方法更为简洁、形象,代码生成效率也更高。(2)提出了一种适合于连续铣削加工排序算法,适用于 22.5 轴的数控铣削加工。(3)引入加工方向性,可方便地确定出数控加工的刀心轨迹。(4)利用 RS232 接口,使微机与数控机床

11、直接进行异步通信,建立了微机系统与数控系统之间相互沟通的桥梁。本系统已通过验收,并经实验表明:其具有运行准确、直观,能显著提高数控机床加工效率等特点,可满足实际加工需要。参考文献1CAD/CAM 原理.北京:清华大学出版社,1991.2PAU LA M.NOAKER,CAD/CAM,Control Systems,and Soft-ware.M aufacturing Eng ineering.1996(8)3 Paul Giaconia.T rends in NC Simulation.T ooling&Production,1996(6)4KWANGSOOKIM 巨 JOHNE BIDEG

12、EL,APATH GENERATIONM ETHOD FOR SCULPT UPEDSURFACEMANU DACT URE.Computers ind.Engng,1988,14(2)第一作者:葛研军,沈阳市文化路东北大学 413 信箱,邮编:110006(编辑刘茹贵)(收稿日期:19971013)22 制造技术与机床-ABSTRACTS&KEY WORDSMANUFACTURING TECHNOLOGY&MACHINE TOOLNo.4,1998,T otal Issue No.429Hysteresis Effect of Piezoelectric Ceramics on Displa

13、cementAccuracyZhang Yuanliang,et al(7)Abstract:Hysteresis is one of the serious defects of piezoelectricceramics which restrtricts the precision of an open loop controlsystem.A pre-feed controlling model is adopted making com-pensate control for the position of piezoelectric ceramic cuttingtool.T he

14、 result is satisfactory.Key Words:Non-axis-symmetrical Optic Surface,PiezoelectricCeramic Cutting T ool,Pre-feed Control M odelAutomatic Pre-processing Algorithm for Number Image ofSpeed-change Housing Box at Production EnvironmentLe Ning,et al(9)Abstract:T he pre-processingfornumberrecognizationofs

15、peed-change housing box of automotive is discussed.It sug-gests pre-processing flow which is suitable for the shop floorand the evaluating basis for the algorithm in each process.More practical algorithm is determined for each pre-processingstep.Key Words:Grey Image,Pre-processing Algorithm,Speed-ch

16、ange Housing Box NumberSemi-Close Loop Compensation Control of Economical NC Ma-chine ToolLiu Xueping,et al(11)Abstract:The effective factors on working accuracy of economi-cal NC machine tool have been summarized in this paper.T hephotoelectric encoder is used for measuring the angular positionof r

17、otating ballscrew.Semi-closed loop compensation control isrealized and system accuracy is improved.Key Words:Semi-Closed Loop,Compensation ControlOptoelectronic Aiming System of Tool Setting Gauge for NCMachine ToolYang Shimin,et al(14)Abstract:A tool setting gauge is essential for NC machine toolan

18、d machining center which directly affects the accuracy and ef-ficiency of the machines.Most of the tool setting gauge in ourcountry are optic-mechanical structure.The tool is aimed bythe eye,thus the accuracy is low.In this paper,an optoelec-tronic aiming system is developed.In this system,a CCD isu

19、sed as sensitive element.T he aiming accuracy and efficiencyare greatly improved.It is easy to be miniaturized and can aimon machine tools or CM Ms.T he accuracy is better than 0.5?m.Key Words:Tool Setting Gauge,CCD,AimResearch on Image Programing and Simulating System for NCMilling MachineGe Yanjun

20、,et al(20)Abstract:By using computer graphic technology,An imageprograming method is suggested for NC milling machine,byusing the generated NC program,a simulating is processed.T hen,the RS-232 serial communication is used and the datatransfering between computer and NC machine tool is realizedeasil

21、y.T he integration of CAD/CAM becomes possible.Key Words:NC M illing Machine,Image Programing,Simula-tion,CommunicationInvolute Interpolating Principle of Polar RadiusGuo Chongshan(22)Abstract:A polar radius interpolating principle is built on thebasis of analysis made on circular involute forming p

22、rinciple.T he principle is made,at first,the polar equation of circle in-volute is built and the positions of involute are decided by incre-ments of polar radius to choose polar radius as controlling cen-ter,then the involute interpolation is made.Key Words:Involute,polar Radius,Involute Interpolati

23、onDynamic Errors Compensation of HP5528A Double-frequencyLaser InterferometerSong Kaichen,et al(27)Abstract:The dynamic error model of HP5528A double-fre-quency Laser Interferometer is established in this paper.Theerror can be compensated using the model.The interferometercan be used to measure the

24、displacement of an object in highspeed motion.Key Words:Double-frequency Laser Interferometer,DynamicError,CompensationComputer Aided Evaluation of Position Accuracy of Rectangu-larly Arranged HolesWang Junze,et al(28)Abstract:Inspecting the position accuracy of holes distributedover a rectangle,the

25、 evaluating method used in production isinconvenient and the accuracy is low.In order to overcomethese difficulties,a computer aided evaluating method is givenin this paper.By using the method,the position accuracy ofholes,the probability of correction of unqualified holes andtheir corrective value can be determined automatically.Key Words:Position Accuracy,Computer Aided Evaluation,Rectangularly Distributed Holes