基于AutoCAD二次开发的数控旋压机床自动编程系统.pdf

２０１５ 年 １０ 月 第 ４３ 卷 第 ２０ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｏｃｔ􀆱 ２０１５ Ｖｏｌ􀆱 ４３ Ｎｏ􀆱 ２０ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００１－３８８１􀆱 ２０１５􀆱 ２０􀆱 ００１ 收稿日期 ２０１４－０９－０８ 作者简介 刘宝明 （１９７９）， 男， 硕士， 工程师， 主要从事数控技术教学及科研等工作。 Ｅ－ｍａｉｌ ｓｙｌｉｕｂａｏｍｉｎｇ＠ １６３􀆱 ｃｏｍ。 基于 ＡｕｔｏＣＡＤ 二次开发的数控旋压机床自动编程系统 刘宝明， 韩志仁 （沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室， 辽宁沈阳 １１０１３６） 摘要 旋压件数控编程的自动化是旋压加工领域亟待解决的重要问题， 在总结分析旋压加工工艺的基础上， 利用 ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ技术， 开发了数控旋压机床自动编程系统， 能够完成数控旋压 ＮＣ 代码的自动生成， 实现了旋压编程的自动化。 详细介绍了系统的总体结构和主要功能模块的实现方法， 并在旋压机床生产企业得到实际应用与推广。 关键词 数控旋压； 自动编程； 二次开发 中图分类号 ＴＰ３１９ 文献标志码 Ａ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１５） ２０－００１－３ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＣＮＣ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｃｏｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＡｕｔｏＣＡＤ ＬＩＵ Ｂａｏｍｉｎｇ， ＨＡＮ Ｚｈｉｒｅｎ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅｆｅｎｃｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１０１３６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｉｅｌｄ， ｉｔ’ｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｉｎｇ ｔｏ ｐｒｏｇｒａｍ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ． Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈ⁃ ｎｉｑｕｅｓ， ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＣＮＣ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ＮＣ ｃｏｄｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＣＮＣ ｓｐｉｎｎｉｎｇ； Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ； Ｓｅｃｏｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 旋压是一种综合了锻造、 挤压、 拉伸、 弯曲、 环 轧、 横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工 艺， 将金属筒坯、 平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋 压机芯模上， 由主轴带动芯棒和坯料旋转， 同时旋压 轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上， 使材料产 生逐点连续的塑性变形， 从而获得各种母线形状的空 心旋转体零件。 旋压产品形状各式各样， 通过旋压可 完成成形、 缩径、 收口、 封底、 翻边、 卷边、 压筋等 各种工作， 其产品广泛应用于各行各业［１－２］。 目前， 我国各高校、 科研院所和工厂也都在积极 开展旋压工艺的理论分析和应用研究， 并取得了一定 的成就［３－６］。 国产的数控旋压机床在其性能等方面也 有很大的进步， 在很多方面还有自己的创新和发 展［７－８］。 但是在数控旋压件程序编写上却依然采用手 工编程方法， 费时费力， 且容易出错， 严重制约了生 产效率的提高。 虽然近年来也出现了部分自动编程软 件， 但仅仅适用于特定的零件［９］。 为此， 作者开发了 一套数控旋压机床自动编程系统， 在 ＡｕｔｏＣＡＤ２００７ 平台上， 采用基于 ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ 的开发技术， 实现了旋 压零件编程的自动化， 从而大大缩短了工艺人员的编 程时间， 并极大地降低了编程出错率。 １ 系统总体结构 根据系统所需实现的功能， 将其分为刀路绘制、 工艺信息输入、 粗加工刀路计算、 精加工刀路计算、 后置处理、 ＮＣ 代码编辑、 加工仿真、 ＮＣ 代码导入、 ＮＣ 代码输出、 ＮＣ 代码转图形、 图形编辑等 １１ 个模 块。 其总体结构如图 １ 所示。 图 １ 系统总体结构 原始旋压刀路的获取方式有两种（１） 使用刀 路绘制模块由编程人员手工绘制； （２） 通过 ＮＣ 代码 转图形模块读入已有的旋压件 ＮＣ 代码， 系统根据代 码重新生成刀路图， 由编程人员进行编辑修改， 使之 适合当前加工的零件。 在输入工艺参数并提取间隙线 后， 即可进行程序的编制。 根据实际需要， 编程方法分为粗加工和精加工， 后置处理模块在编程过程中被实时调用， 提取部分刀 路后即随时生成 ＮＣ 代码， 并显示在系统信息面板 上。 编程人员也可以利用 ＮＣ 代码编辑模块的功能对 生成的 ＮＣ 代码进行实时编辑修改， 利用仿真加工模 块对生成的代码进行加工仿真， 利用 ＮＣ 代码输出模 块完成数控程序到文件的输出。 ２ 主要功能模块设计与实现 ２􀆱 １ 刀路绘制与图形编辑模块 该模块利用 ＡｕｔｏＣＡＤ 软件本身提供的绘图功能 和图形编辑修改功能实现， 由于一般的数控系统只能 完成直线插补和圆弧插补， 因此在绘制刀路图时， 需 使用直线和圆弧绘图命令， 并利用软件的自动捕捉功 能保证所绘制刀路的连接条件满足编程系统的要求。 对于退刀轨迹及建立、 取消刀具半径补偿功能的轨迹 无需绘出， 在编程过程中， 系统能够进行自动判断并 自动生成。 ２􀆱 ２ 工艺信息输入模块 编制旋压加工零件程序时需要输入的工艺信息包 括主轴转速、 进给速度、 刀具参数及程序原点等， 系 统通过参数对话框实现此类信息的交互输入， 如图 ２ 所示。 图 ２ 工艺参数设置对话框 为满足编程人员快速输入进给速度值的要求， 系 统预设了 ４ 种进给速度， 编程时只需输入相应选项即 可完成速度值的确定。 当这些数据不满足要求时， 也 可进行数据的自定义。 坐标原点的确定采用交互式的操作方法， 当编程 人员单击 “坐标原点” 按钮后， 将会隐藏该对话框 并将控制权交给 ＡｕｔｏＣＡＤ， 此时可以用鼠标在刀路图 上拾取一点作为坐标原点。 点的坐标会被自动提取出 来并自动填入编辑框中。 实现这项功能的代码如下 ＢｅｇｉｎＥｄｉｔｏｒＣｏｍｍａｎｄ（）； ａｄｓ＿ｐｏｉｎｔ ｐｔ； ａｃｅｄＧｅｔＰｏｉｎｔ（ＮＵＬＬ，＿Ｔ（＂ ＼ｎ 请拾取一点设定为 程序原点＂），ｐｔ）； ｍ＿ｄＯｒｇＸ ＝ ｐｔ［１］； ｍ＿ｄＯｒｇＺ ＝ ｐｔ［０］； ＣｏｍｐｌｅｔｅＥｄｉｔｏｒＣｏｍｍａｎｄ（）； ２􀆱 ３ 粗加工刀路计算模块 该模块在整个系统中占据主体地位， 主要完成刀 路数据的提取、 刀位轨迹及刀位点计算、 刀具半径补 偿方向判断、 自动生成建立与取消刀具半径补偿的刀 具轨迹以及信息的存储功能。 提取 ＣＡＤ 图形数据有多种方法， 如杨家荣等［１０］ 采用读取 ＡｕｔｏＣＡＤ 的 ＤＸＦ 文件方式提取了旋压零件 的图形信息， 但由于采用这种方法在提取图形数据时 用户不能与 ＣＡＤ 实时交互操作， 不能对图形进行实 时数据读取， 因此必须保证输出 ＤＸＦ 文件时所绘制 刀路的完整性与连续性， 才能正确生成 ＮＣ 代码， 对 刀路绘制要求较高， 灵活性较差。 且由于采用了读取 磁盘文件的方式， 系统运行速度也受到一定程度的影 响。 第二种方法是采用 ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ 技术交互式提取刀 路信息， 具有速度快、 运行稳定、 可靠、 适用性强等 优点［１１］。 文中即采用此种方法， 所提取的对象包括 点、 直线和圆弧 ３ 种类型。 完成刀路信息提取后， 系统根据当前提取状态及 所提取刀路进行分析， 以确定生成何种加工轨迹， 并 判断补偿方向， 对暂时无法确定补偿方向的刀路进行 临时存储， 待提取其他刀路后再次进行分析， 直至确 定其补偿方向后再生成加工轨迹， 通过调用后置处理 模块生成 ＮＣ 程序， 并在界面中显示出来。 若需转换 半径补偿方向， 系统自动取消当前刀补及建立另一刀 补的轨迹。 粗加工编程时， 处理过程分为当前提取信息为 “点” 和 “曲线” 两种情况 （１） 提取信息为点 若当前提取信息为点， 则系统根据拾取的次数及 ２机床与液压第 ４３ 卷 所拾取点的位置是否在轮廓线上进行判断， 确定如何 生成加工轨迹及数控程序。 （２） 提取信息为曲线 若当前提取信息为曲线， 则需判断所拾取的曲线 类型 （直线、 顺圆弧或逆圆弧） 及终点位置等条件， 必要时， 还需判断前一条曲线类型， 以完成刀具半径 补偿的处理。 在处理过程中， 系统能够自动完成两段 刀路轨迹间的轮廓线截取， 即在拾取粗加工刀路时， 无需拾取轮廓线。 系统能够处理多种粗加工刀路， 编程时， 用户需 按顺序分别拾取点、 线信息， 如对于图 ３ 所示刀路的 编程， 用户只需按顺序拾取点 １、 曲线 Ａ、 点 ２、 点 ３、 点 ４、 曲线 Ｂ、 点 ５、 点 ６ 即可完成粗加工程序的 自动生成。 图 ３ 粗加工刀路 ２􀆱 ４ 精加工刀路计算模块 精加工刀路信息主要包括进退刀点、 进退刀轨迹 及精加工轮廓线， 处理过程如下 （１） 拾取进刀点。 采用系统的拾取点的方法在 刀路图适当位置拾取一点作为进刀点， 将生成一条定 位指令使旋轮定位至该点； （２） 拾取旋压起点。 拾取精加工轮廓线起点， 将以进刀点为起点、 当前点为终点生成一条直线轨 迹， 并建立刀具半径右补偿； （３） 拾取精加工刀路。 按加工轨迹顺序拾取轮 廓线， 系统进行数据提取并分析起终点等信息， 生成 精加工轨迹线； （４） 拾取退刀点。 采用系统拾取点的方法在刀 路图适当的位置拾取一点作为退刀点， 将生成一条定 位指令使旋轮定位至该点， 并取消补偿。 ２􀆱 ５ 加工仿真模块 加工仿真模块完成旋压轨迹的模拟， 以检查其正 确性。 自动编程系统对加工轨迹的模拟共有两种途 径 （１） 利用生成的刀位数据文件； （２） 利用生成 的 ＮＣ 代码。 第一种方法实现起来比较容易， 因为刀 位文件中的数据可以直接利用， 但却无法检查 ＮＣ 代 码中的错误。 第二种方法则可以解决这个问题， 但需 要编写 ＮＣ 代码的译码模块。 此系统从安全角度出 发， 采用第二种方法， 可以实现单步模拟、 连续模 拟、 暂停及从头开始等。 ３ 结论 利用 ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ 开发技术， 在 ＡｕｔｏＣＡＤ２００７ 平 台上进行二次开发， 实现了数控旋压机床的自动编 程， 系统安装成功后， 启动 ＡｕｔｏＣＡＤ， 将出现菜单条 及系统信息面板如图 ４ 所示。 通过点击不同菜单项， 完成编程过程中的各项功能。 该系统已在某旋压机床 企业推广使用， 编程效率得到很大的提高。 图 ４ 系统界面 参考文献 ［１］ 赵琳瑜，韩冬，张立武，等．旋压成形技术和设备的典型 应用与发展［Ｊ］．锻压技术，２００７，３２（６）１８－２５． ［２］ 曾元松．先进航空板材成形技术应用现状与发展趋势 ［Ｊ］．航空科学技术，２０１２（１）１－４． ［３］ 林波，谷建民，周尚荣，等．超半球壳体多道次拉深旋压 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