基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的異型螺紋自動編程技術(shù)研究
2016-8-26 來源：沈陽工程學(xué)院機械學(xué)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(shè)計、軟件設(shè)計和程序編制等關(guān)鍵技術(shù)， 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(guān)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(jié)構(gòu)， 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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用于數(shù)控銑、數(shù)控車、數(shù)控線切割以及車銑復(fù)合等領(lǐng)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(fù)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(gòu)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(shè)計、軟件設(shè)計和程序編制等關(guān)鍵技術(shù)。
1、關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)方法
１.１ 工藝設(shè)計
異型螺紋的剖面由若干圓弧和直線組合而成， 典型的結(jié)構(gòu)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)層切計算時由毛坯外向內(nèi)與Z 軸平行的軌跡上加工， 刀具軌跡同左側(cè)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(cè)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(shè)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(nèi)用宏變量實現(xiàn)層內(nèi)的加工， 其中＃１ 變量表示每層數(shù)據(jù)點同最左側(cè)螺紋擬合的Z 坐標(biāo)（半徑表示）， ＃４ 變量表示每層數(shù)據(jù)點同最左側(cè)螺紋擬合的X 坐標(biāo)（坐標(biāo)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(nèi)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?qū)嵗?/font>
2、應(yīng)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(biāo)系設(shè)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(nèi)螺紋使用刀尖圓弧半徑為０.４ 的６０°的通用內(nèi)螺紋車刀。生成的加工程序利用ＶＥＲＩＣＵＴ 仿真， 仿真結(jié)果驗證了系統(tǒng)設(shè)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(jié)論
基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的異型螺紋自動編程技術(shù)研究了異型螺紋的自動編程技術(shù)， 重點論述了軟件設(shè)計、層切法加工的原理和技術(shù)等關(guān)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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