一種多類型組合孔群數控加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種多類型組合孔群數控加工方法，包括如下步驟：步驟一：建立孔群分布數據庫、孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫及數控加工代碼數據庫；步驟二：建立人機交互界面，錄入及調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖；步驟三：建立人機交互界面，錄入及調用孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫及數控加工代碼數據庫的數據；步驟四：設定主軸移動路徑優化原則，優化計算，自動生成主軸移動優化路徑；步驟五：按照所述主軸移動優化路徑，自動生成孔群數控加工代碼程序。本發明能夠實現單類型孔群和多類型組合孔群加工代碼的生成，工作程序簡單，具備自動編程功能，成本相對比較低，適合于加工規則群孔的零件。
【專利說明】
一種多類型組合孔群數控加工方法
技術領域
[0001]本發明涉及數控加工方法，特別是一種多類型組合孔群數控加工方法。
【背景技術】
[0002]數控機床上經常需要加工一些單孔、規則群孔、多類型規則群孔組合的孔類零件，例如在鋼板上加工矩陣形的群孔，加工法蘭盤上圓形群孔或者其矩形孔和圓形孔群組合而成的孔群等。在數控加工過程中，需要操作員根據工藝，在數控設備中進行程序設定，若采用手工編程，對于群孔、多孔等編程過程，需要計算每個節點的坐標值，不但計算量大，且效率低、容易出錯，同時加工精度也較差，容易造成品質不良；若通過調用子程序編程，先編寫好子程序，然后利用主程序調用子程序進行加工，對于數量較多的群孔，還需要多重調用才能完成，這對操作人員的編程能力要求較高;若采用CAM等自動編程軟件，操作人員利用自動編程軟件，如UG，要完成三維圖形的繪制，設置加工部件，然后創建刀具，設置刀具的參數等步驟后才能生成數控程序，工作程序復雜，而且加工設備需要配置CAM等自動編程軟件，要求數控設備的配置比較高，成本相對比較高，適合用于復合工藝或造型復雜的零件加工，不適合用于加工規則群孔這樣簡單的零件。
【發明內容】
[0003]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種多類型組合孔群數控加工方法。
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種多類型組合孔群數控加工方法，包括如下步驟:
[0005]步驟一:建立孔群分布數據庫、孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫及數控加工代碼數據庫；
[0006]步驟二:建立人機交互界面，錄入及調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖；
[0007]步驟三:建立人機交互界面，錄入及調用所述孔類型數據庫、所述孔加工工藝參數數據庫及所述數控加工代碼數據庫的數據；
[0008]步驟四:設定主軸移動路徑優化原則，優化計算，自動生成主軸移動優化路徑；
[0009]步驟五:按照所述主軸移動優化路徑，自動生成孔群數控加工代碼程序。
[0010]進一步地，所述步驟一中，按照孔群類型、與首孔相對位置和孔數量建立所述孔群分布數據庫。
[0011 ]進一步地，所述步驟一中，所述孔群類型包括矩形孔群、矩陣孔群、圓弧孔群、圓形孔群、直線孔群、槽型孔群和菱形孔群。
[0012]進一步地，所述步驟一中，按照孔類型、孔參數和對應的刀具號建立所述孔類型數據庫。
[0013]進一步地，所述步驟一中，所述孔加工工藝參數包括主軸轉速S、進給速度F、進給量Q、安全高度和工件坐標系。
[0014]進一步地，所述步驟三中，設有操作者未選擇時的默認選項。
[0015]進一步地，所述步驟三中，設定數據的閾值范圍，當錄入及調用數據超過閾值范圍，人機交互界面自動彈出對話框予以提示，并中斷進程。
[0016]進一步地，所述步驟四中，所述主軸移動路徑優化原則包括最短路徑原則和/或最少換刀次數原則。
[0017]進一步地，所述步驟二和所述步驟三中，錄入數據采用下拉選項或編輯框形式錄入。
[0018]進一步地，所述步驟二和所述步驟三中，建立人機交互界面時底層代碼使用C語言。
[0019]本發明具有的優點和積極效果是:本發明能夠實現單類型孔群和多類型組合孔群加工代碼的生成，工作程序簡單，具備自動編程功能，成本相對比較低，適合用于加工規則群孔的零件。采用本發明的多類型組合孔群數控加工方法，其參數輸入全部采用下拉選項或編輯框形式完成，其底層代碼全部使用C語言設計完成，可移植性強。因此本系統既可單獨使用，也可嵌入到不同平臺的數控系統中，成為模塊化的專用平臺。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明多類型組合孔群數控加工方法的流程圖；
[0021]圖2是人機交互界面示意圖；
[0022]圖3是錄入及調用所述孔群分布數據的人機交互界面示意圖；
[0023]圖4是錄入及調用所述孔類型數據的人機交互界面示意圖；
[0024]圖5是調用數據庫數據及數據庫之間數據交互示意圖；
[0025]圖6是優化計算最短路徑流程圖。
【具體實施方式】
[0026]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0027]請參閱圖1至圖6，一種多類型組合孔群數控加工方法，包括如下步驟:
[0028]步驟一:建立孔群分布數據庫、孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫及數控加工代碼數據庫；其中，所述孔類型數據庫和所述孔加工工藝參數數據庫與所述數控加工代碼數據庫關聯；
[0029]步驟二:建立人機交互界面，錄入及調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖；
[0030]步驟三:建立人機交互界面，錄入及調用所述孔類型數據庫、所述孔加工工藝參數數據庫及所述數控加工代碼數據庫的數據；
[0031 ]步驟四:設定主軸移動路徑優化原則，優化計算，自動生成主軸移動優化路徑;生成的主軸移動優化路徑可存入路徑優化數據庫；
[0032]步驟五:按照所述主軸移動優化路徑，自動生成孔群數控加工代碼程序。
[0033]進一步地，所述步驟一中，可按照孔群類型、與首孔相對位置和孔數量建立所述孔群分布數據庫。
[0034]進一步地，所述步驟一中，所述孔群類型根據孔的排列規律分類定義，可包括矩形孔群、矩陣孔群、圓弧孔群、圓形孔群、直線孔群、槽型孔群和菱形孔群等等，所述矩形孔群是指:以矩形形式排列的孔群;所述矩陣孔群是指:以矩形陣列形式排列的孔群;所述圓弧孔群是指；以圓弧但非圓形形式排列的孔群，所述圓形孔群是指；以圓形形式排列的孔群；所述直線孔群是指:以直線或斜線排列的孔群;所述槽型孔群是指；以槽型形式排列的孔群;所述菱形孔群是指；以菱形形式排列的孔群。孔群類型不限于上述列舉，根據孔的排列規律分類定義。
[0035]進一步地，所述步驟一中，可按照孔類型、孔參數和對應的刀具號建立所述孔類型數據庫。所述孔類型是指孔的形狀，可包括:階梯孔、螺紋孔和普通孔等;所述孔參數可包括孔深、孔徑等;對應的刀具號是指，加工孔時，加工該孔所使用的刀具庫中刀具的編號。
[0036]進一步地，所述步驟一中，所述孔加工工藝參數可包括主軸轉速S、進給速度F、進給量Q、安全高度、是否使用切削液、工件坐標系等。
[0037]進一步地，所述步驟三中，可設有操作者未選擇時的默認選項。
[0038]進一步地，所述步驟三中，可設定數據的閾值范圍，當錄入及調用數據超過閾值范圍，人機交互界面自動彈出對話框予以提示，并中斷進程，使系統暫停執行下一步的程序及作業，待重新輸入數據，并通過系統的審核后，才繼續執行下一步的程序或作業。。
[0039]進一步地，所述步驟四中，所述主軸移動路徑優化原則可包括最短路徑原則和/或最少換刀次數原則。
[0040]進一步地，所述步驟二和所述步驟三中，錄入數據可采用下拉選項或編輯框形式錄入。
[0041]進一步地，所述步驟二和所述步驟三中，可在建立人機交互界面時底層代碼使用C語言。
[0042]其底層代碼可全部使用C語言設計完成，可移植性強。因此本系統既可單獨使用，也可嵌入到不同平臺的數控系統中，成為模塊化的專用平臺。
[0043]下面以加工一個矩形孔群和圓弧孔群的特例圓形孔群的組合孔群為例，對本發明多類型組合孔群數控加工方法及操作步驟作進一步詳細地描述，本例中我們設定矩形孔群孔類型為階梯孔，圓形孔群孔類型為普通孔。操作完成生成最終的數控加工代碼，包括以下步驟:
[0044]第一步:建立孔群分布數據庫、孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫及數控加工代碼數據庫；
[0045]第二步:建立人機交互界面，通過下拉選項，錄入及調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖；錄入數據可采用下拉選項或編輯框形式錄入。具體方法可如下:在人機交互界面，我們選定“孔群類型”選項，請參見圖2，所述孔群類型，根據孔的排列規律分類定義，可分類為矩形孔群、矩陣孔群、圓弧孔群、圓形孔群和直線孔群等等。
[0046]這里我們可以根據需要進行選擇，本例中我們選擇“矩形孔群”和“圓形孔群”，以矩形孔群為例，我們選定后，表會出現圖3所示的參數填寫界面，我們依次錄入用來定義矩形孔群的特征參數，如首孔X坐標、首孔Y坐標、X方向間距、X向孔個數、Y方向間距、Y向孔個數等能確定孔分布的參數，檢查無誤后點擊“寫入”，便將孔群類型相關信息記錄下來。圓形孔群同理操作，錄入孔群的特征參數，如首孔X坐標、Y坐標;孔群中心的X坐標、Y坐標;半徑R，孔個數等等能確定孔分布的參數，檢查無誤后點擊“寫入”，將孔群類型相關信息記錄下來，并進行存儲。即錄入所述孔群分布數據庫的數據。調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖。如圖2所示。
[0047]本例中舉出“矩形孔群”和“圓形孔群”組合的形式，但不局限與此種形式。包括“矩形孔群”、“圓弧孔群”、“矩陣孔群”、“直線孔群”等，從中選擇某一種或幾種均可組成相應的孔群形式;錄入數據可采用下拉選項或編輯框形式錄入。
[0048]第三步:建立人機交互界面，通過下拉選項，錄入及調用所述孔類型數據庫、所述孔加工工藝參數數據庫及所述數控加工代碼數據庫的數據。錄入數據可采用下拉選項或編輯框形式錄入。首先定義孔的類型，可根據孔的形狀定義，對欲加工的孔類型信息進行歸類確定，選擇“孔類型”選項，如圖4，對于上一步未選擇孔群類型時，系統會自動提示。用戶可選擇相應的孔群類型即可。點擊相應的孔群類型，如點擊“矩形孔群”等，系統可彈出孔類型選項，用戶選擇“階梯孔”后，出現孔形狀及對應刀具號的信息錄入對話框，如孔深、孔徑、刀具號等，其參數示意圖會在右側提示區顯示。孔類型確定后，示意圖區域也會相應出現與孔類型對應的孔的示意圖，輸入相關參數，在示意圖對應的部位顯示輸入的參數值，參數值等信息錄入所述孔類型數據庫和所述孔加工工藝參數數據庫。所述數控加工代碼數據庫與所述孔類型數據庫和所述孔加工工藝參數數據庫關聯，所述每種孔群僅可以選擇其中一種孔類型；比如選擇了矩形孔群和圓形孔群。選擇矩形孔群的孔類型時，只能從普通孔、階梯孔、螺紋孔等孔類型中選擇一種，如選擇階梯孔，一旦選擇，則整個矩形孔群內的孔都是一樣的階梯孔；同理圓形孔群選擇螺紋孔，則整個圓形孔群分布的孔都是螺紋孔。對于一個孔群中有兩種以上的孔類型時，可分成幾個子孔群類型，每個子孔群類型包含的孔為相同孔類型；然后按照上述的方法進行數據錄入及調用。
[0049]對應孔類型和孔加工工藝參數，確定數控加工參數及其他工藝信息，錄入包括主軸轉速S、進給速度F、進給量Q、安全高度、是否使用切削液、工件坐標系等信息，進行數據填寫和選擇，其數據信息如圖5所示進行存儲。通過這些參數的交互式輸入，錄入及調用所述孔類型數據庫和孔加工工藝參數數據庫的數據，從而對數控加工過程加以控制。
[0050]第四步:設定主軸移動路徑優化原則，優化計算，自動生成主軸移動優化路徑；系統自動從上述數據庫中調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖。如圖2所示，將孔的加工路徑進行路徑規劃，點擊“路徑規劃”選項，所述主軸移動路徑優化原則可包括最短路徑原則和/或最少換刀次數原則。此處我們選擇最短路徑原則，點擊后進行路徑規劃操作，系統進行優化計算，優化算法如圖6所示進行路徑規劃，優化完成后可以在示意圖區域看到規劃后的主軸移動優化路徑圖，可將優化后的最優序列信息(主軸移動優化路徑)自動存儲在路徑優化數據庫中；
[0051]第五步:確定好孔群的分布，孔的類型和加工工藝參數，根據所述孔類型數據庫和所述孔加工工藝參數數據庫的數據與所述數控加工代碼數據庫關聯;按照所述主軸移動優化路徑，和前述錄入及調用的數控加工參數數據，自動生成孔群數控加工代碼程序。在我們填寫好各項參數后，觀察系統如未在右側提示區域提示錯誤，點擊“代碼生成”選項，系統會根據用戶輸入的參數，按照優化后的路徑生成相對應的數控加工代碼程序。
[0052]目前國際上廣泛應用的是ISO標準。字地址程序段格式的編排格式如下:G__X__Y__z—P—Q—R—F—S—T—M—等，其中，主要地址碼的含義如下:G準備功能，指令動作的方式;X，Y，Z坐標字，分別是X軸、Y軸、Z軸的移動指令;M輔助功能，可定義實施機床的開/關、換刀等指令;S主軸功能，主軸轉速的指令;T刀具功能，刀具編號以及刀具補償號的指令;F進給速度，進給速度的指令;P孔底停留時間，停留時間的指令;Q每次鉆孔深，單次鉆孔深度指令等。
[0053]將各種參數錄入相應的數據庫，進行保存及調用。然后通過編程軟件，調用相應的數據庫的數據，完成加工代碼格式化輸出，即調用相應數據庫的數據，對相應的部分進行“賦值”，即可實現G代碼語句完整的規范化輸出。例如:某一步驟中，需要換刀，則系統自動生成Τ__Μ06所代表的數字，會自動從“孔類型數據庫”中的“對應刀具號”取出，如生成Τ03 Μ06；
[0054]這樣，系統自動調用孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫和數控加工代碼數據庫的數據，并提取主軸移動路徑最優序列中的各節點位置信息，自動生成數控加工代碼程序。
[0055]為了使系統在進行路徑規劃、生成代碼等操作時，各部分信息不會互相影響，我們將每一部分的信息都獨立的存儲在一個數據文件即數據庫中，在進行其他操作時，各程序便調用自己所需的數據文件即可，不會影響其他文件的使用，如圖5所示。數據文件具體可包括:
[0056]1、孔群類型以及孔之間相對位置信息，包括孔群類型信息:矩形孔群信息、圓形孔群信息、直線孔群信息、矩陣孔群信息；以及各類孔群的其他孔與首孔的相對位置信息等；
[0057]2、孔類型信息，即各孔群對應的孔類型信息，包括階梯孔類型信息、螺紋孔類型信息、普通孔類型信息、孔的尺寸信息信息、對應的刀具號信息等；
[0058]3、孔加工工藝參數信息，包括主軸轉速S、進給速度F、進給量Q、安全高度等；
[0059]4、孔加工路徑信息，以最短路徑原則為例，系統自動從孔位置信息中提取各孔群位置信息，使用改進的遺傳算法，將自動提取的孔位置信息進行路徑優化計算，運算完成后將優化后的位置信息，存儲在最優路徑(孔序列)存儲器中。
[0060]5、加工代碼信息，用戶點擊“生成代碼”后，系統便從“最優序列信息”、孔類型信息、“其他參數信息”等提取所需的信息，生成加工代碼，供用戶使用。
[0061]系統可進行單一孔群加工代碼的生成，也可進行多種孔群組合形成的孔群代碼的生成；
[0062]上述的組合孔群，不限制所有孔均為一種孔類型，而是一規則孔群可對應一種孔類型，如文中舉例說明的“矩形孔群”和“圓形孔群”的組合孔群中，我們可設定“矩形孔群”為階梯孔，“圓形孔群”為普通孔，或者設定“矩形形孔群”為螺紋孔，“圓形孔群”為階梯孔等;
[0063]可設定數據的閾值范圍，當錄入及調用數據超過閾值范圍，人機交互界面自動彈出對話框予以提示，并中斷系統執行接下來的動作。若使用過程中，參數輸入出現一些邏輯性的錯誤，如轉速設為O或負值，則系統會自動彈出對話框予以提示，并中斷系統執行接下來的動作。以進給速度為例，當我們輸入為O，在執行“生成加工代碼”操作時，系統便會在提示區，如在人機交互界右側，顯示“進給速度必須大于O”的提示。
[0064]用戶使用時，若進行相應選擇，但未進行相關操作，系統也將提示錯誤信息，并阻止用戶繼續操作。如用戶選擇“直線孔群”，但未選擇其對應的孔類型，也未填寫相應的刀具信息，而直接點擊“代碼生成”，則系統自動阻止程序運行，并提示用戶執行未填寫的操作。
[0065]系統各模塊獨立設計，其數據文件單獨存儲，相應程序運行時調取所需文件，運行完成后，生成的文件也單獨存儲；
[0066]本系統中在“最短路徑”原則下，進行路徑優化時，采用基于改進的遺傳算法，其優化過程如圖6所示。
[0067]本系統中圖2所示示意圖所展示的是孔的位置分布，會根據用戶的定義參數而改變，在用戶未選擇孔類型之前，示意圖中所有孔均默認為普通孔。
[0068]采用本發明的多類型組合孔群數控加工方法，其參數輸入全部采用下拉選項或編輯框形式完成，其底層代碼全部使用C語言設計完成，可移植性強。因此本系統既可單獨使用，也可嵌入到不同平臺的數控系統中，成為模塊化的專用平臺，解決了現有系統不具有多類型孔群零件自動編程或者只含有單一類型孔群編程且代碼不能移植的問題，并為后期實現孔類加工更深層次的應用，奠定了有力的基礎，具有很強的實用性。本發明設計方法及系統適用于加工多類型孔群類零件的生產場合，或者移植入不具有此類功能的數控系統中，用于系統的改造設計。
[0069]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:建立孔群分布數據庫、孔類型數據庫、孔加工工藝參數數據庫及數控加工代碼數據庫； 步驟二:建立人機交互界面，錄入及調用所述孔群分布數據庫的數據，生成模擬孔群分布示意圖； 步驟三:建立人機交互界面，錄入及調用所述孔類型數據庫、所述孔加工工藝參數數據庫及所述數控加工代碼數據庫的數據； 步驟四:設定主軸移動路徑優化原則，優化計算，自動生成主軸移動優化路徑； 步驟五:按照所述主軸移動優化路徑，自動生成孔群數控加工代碼程序。2.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟一中，按照孔群類型、與首孔相對位置和孔數量建立所述孔群分布數據庫。3.根據權利要求2所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟一中，所述孔群類型包括矩形孔群、矩陣孔群、圓弧孔群、圓形孔群、直線孔群、槽型孔群和菱形孔群。4.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟一中，按照孔類型、孔參數和對應的刀具號建立所述孔類型數據庫。5.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟一中，所述孔加工工藝參數包括主軸轉速S、進給速度F、進給量Q、安全高度和工件坐標系。6.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟三中，設有操作者未選擇時的默認選項。7.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟三中，設定數據的閾值范圍，當錄入及調用數據超過閾值范圍，人機交互界面自動彈出對話框予以提示，并中斷進程。8.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟四中，所述主軸移動路徑優化原則包括最短路徑原則和/或最少換刀次數原則。9.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟二和所述步驟三中，錄入數據采用下拉選項或編輯框形式錄入。10.根據權利要求1所述的多類型組合孔群數控加工方法，其特征在于，所述步驟二和所述步驟三中，建立人機交互界面時底層代碼使用C語言。
【文檔編號】G05B19/4097GK105867309SQ201610146349
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月15日
【發明人】王太勇, 張永賓, 董靖川, 丁彥玉, 于治強
【申請人】天津大學