基于模型的数控加工程序生成方法与流程

本发明属于激光加工强化领域，尤其涉及一种基于模型的数控加工程序生成方法，具体涉及到凸轮轴桃型工作面加工程序的生成方法。

背景技术：

凸轮轴是汽车发动机内的重要零件，是发动机的五大件之一。凸轮轴桃形工作面轮廓复杂，加工精度要求高，各桃形工作面之间的相位角要求严格。凸轮轴桃形工作面由基圆和许多二次曲线、三次曲线及圆弧组成。轮廓曲线通过升程表由发动机研发机构确定，其轮廓曲线的升程偏差要求控制在±0.025mm。凸轮轴桃形工作面的加工通常由仿形、靠模和数控加工实现，其中数控车、数控磨加工为通过专用数控加工控制系统输入凸轮的升程表等数据来实现。

凸轮轴桃型工作面与挺柱摩擦副配合实现气门开关控制，摩擦磨损与腐蚀是该类零件失效的主要原因之一，对凸轮轴桃形工作面进行表面强化以提高使用寿命、对其破损部位进行修复，长期以来一直是制造业中面临的重要问题。激光表面强化技术和以激光强化为主并复合其他方法的激光复合技术等是提高表面质量的方法之一，实现表面承载、润滑与强化的有机结合，从而有效提高特殊苛刻工况条件下摩擦副减摩抗磨性能。

与激光切割仅仅需要加工路径不同，搭接率、入射角、离焦量、入射点的线速度是激光强化加工的重要参数，现有专用激光加工软件中以激光切割自动化编程为主，功能单一；激光加工机床数控系统中没有提供激光强化加工的自动化编程方法，尤其是针对诸如凸轮轴桃形工作面的升程表数据的专用处理方法。针对三维自由曲面的激光强化机床操作说明书所提供的方法是通过人工逐一定点、定向的方式把一系列单个点合并成加工路径程序，该方法的离焦量和入射角等参数精度取决于操作人员的技术能力，效率低、可重复性低、稳定性差。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明设计一种效率高、可重复性高和稳定性高的基于模型的数控加工程序生成方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：基于模型的数控加工程序生成方法，包括以下步骤：

A、生成离散坐标点：把凸轮轴桃型工作面升程表升程高度和转角数据通过数学插补算法生成离散点x、y坐标数据；

B、将生成的离散点x、y坐标数据导入到计算机辅助设计与制造软件，选择拟合样条曲线命令，以“通过点”模式选择所有导入点坐标数据、设置样条曲线参数阶次，类型为“封闭”，生成闭合样条曲线；

C、借助拉伸命令把步骤B生成的闭合样条曲线拉伸成桃型工作面的三维模型，拉伸长度与凸轮轴桃型工作面宽度相同；

D、以步骤C所建立的三维模型为加工对象，选择系统绝对坐标系为加工坐标系，选择可变轴轮廓铣削工序方案，根据激光强化工艺参数调整数控加工工序设置面板中的工艺参数，生成标准刀位文件；所述的工艺参数包括刀轴相对于部件角度、步距、加工速度和部件余量；

E、设定与激光强化机床数控系统对应的并包含激光能量控制的后置处理程序，把步骤D生成的标准刀位文件编译成生成符合激光加工要求的NC代码。

进一步地，所述的激光强化工艺参数包括入射角、搭接率、入射点速度和离焦量，分别与所述的数控加工工序设置面板中的工艺参数一一对应。

进一步地，所述的离焦量是指激光加工机激光头的激光一倍焦距点与被加工零件表面垂直距离，所述的部件余量是指刀具刀位点到被加工零件表面的垂直距离，离焦量与部件余量的关系是：离焦量+一倍焦距＝部件余量。

进一步地，所述的数学插补算法是根据升程表的角度、升程量数据拟合成闭合三阶样条曲线，设定升程表数据与样条曲线最大允许偏差为0.01毫米，并通过在所拟合成的三阶样条曲线上局部曲率大小生成一系列x、y坐标离散点。

进一步地，所述的计算机辅助设计与制造软件包括NX、PRO/E、CATIA、SOLIDWORKS、SOLIDEDGE、POWERMILL、MASTERCAM、HYPERMILL或CAXA软件。

进一步地，步骤B所述的样条曲线参数阶次设置为3-5阶次。

本发明根据升程表数据借助数学算法、计算机辅助设计技术实现三维模型的建立，利用计算机辅助制造技术实现了NC代码的自动化生成。

本发明是基于三维模型在通用数控加工编程软件上生成专用激光强化加工程序，因原始数据类型不同可省略某些步骤：原始数据若是x、y点坐标数据可省略本发明A步骤，若是截面曲线模型可省略A、B步骤，若是三维模型可省略A、B、C步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、与人工逐一定点、定向逐行编写代码相比，本发明通过计算机辅助编程方法的编程，效率得到提升。

2、人工逐一定点、定向逐行编写代码的方法中，其点位置和方向受制于操作人员的专业技能、点的数量决定了编程时间多少；精度稳定性、可重复性较低。本发明多轴加工中的“刀轴相对于部件”保证了入射角的一致、“部件余量”保证了离焦量的一致，实现了NC代码的数据点量多、加工精度高、重复性好的效果。

3、本发明可以实现任何自由曲面的激光强化NC代码的自动化生成，通过后置处理软件的设定可以满足不同激光强化系统的自动化编程，通用性较好。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是拟合曲线示意图。

图3是三维模型图。

图4是数控加工编程路径图。

图5是数控代码截图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-5所示，基于模型的数控加工程序生成方法，包括以下步骤：

A、生成离散坐标点：把凸轮轴桃型工作面升程表升程高度和转角数据通过数学插补算法生成离散点x、y坐标数据；

B、将生成的离散点x、y坐标数据导入到计算机辅助设计与制造软件，选择拟合样条曲线命令，以“通过点”模式选择所有导入点坐标数据、设置样条曲线参数阶次，类型为“封闭”，生成闭合样条曲线；

C、借助拉伸命令把步骤B生成的闭合样条曲线拉伸成桃型工作面的三维模型，拉伸长度与凸轮轴桃型工作面宽度相同；

D、以步骤C所建立的三维模型为加工对象，选择系统绝对坐标系为加工坐标系，选择可变轴轮廓铣削工序方案，根据激光强化工艺参数调整数控加工工序设置面板中的工艺参数，生成标准刀位文件；所述的工艺参数包括刀轴相对于部件角度、步距、加工速度和部件余量；

E、设定与激光强化机床数控系统对应的并包含激光能量控制的后置处理程序，把步骤D生成的标准刀位文件编译成生成符合激光加工要求的NC代码。

进一步地，所述的激光强化工艺参数包括入射角、搭接率、入射点速度和离焦量，分别与所述的数控加工工序设置面板中的工艺参数一一对应。

进一步地，所述的离焦量是指激光加工机激光头的激光一倍焦距点与被加工零件表面垂直距离，所述的部件余量是指刀具刀位点到被加工零件表面的垂直距离，离焦量与部件余量的关系是：离焦量+一倍焦距＝部件余量。

进一步地，所述的数学插补算法是根据升程表的角度、升程量数据拟合成闭合三阶样条曲线，设定升程表数据与样条曲线最大允许偏差为0.01毫米，并通过在所拟合成的三阶样条曲线上局部曲率大小生成一系列x、y坐标离散点。

进一步地，所述的计算机辅助设计与制造软件包括NX、PRO/E、CATIA、SOLIDWORKS、SOLIDEDGE、POWERMILL、MASTERCAM、HYPERMILL或CAXA软件。

进一步地，步骤B所述的样条曲线参数阶次设置为3-5阶次。

本发明的实施例如下：

如图1所示，一个基于模型的数控加工程序生成方法，包括以下步骤：

1、生成离散点。把凸轮轴桃型工作面升程表升程高度和转角数据通过数学插补算法生成离散点x、y坐标数据；

2、根据生成的离散点x、y坐标数据导入到三维建模软件，在建模环境下选择拟合样条曲线命令，根据提示选择所所有导入点坐标数据并设定合理样条曲线阶次和方差，升程闭合样条曲线(图2)；

3、借助拉伸命令生成桃型工作面的三维实体模型，建立凸轮轴的其他特征，得到三维模型(图3)；

4、进入数控加工环境中，设定加工坐标系，选择可变轴轮廓铣削工序方案，根据激光加工搭接率、入射角、离焦量、入射点速度等激光参数所要求的工艺参数调整数控加工工序设置面板的刀轴相对于部件、切削步距、加工速度、部件余量等设置参数，生成标准刀位文件(图4)；

5、利用软件后置处理软件设定与机床坐标系对应的并包含激光能量控制的后置处理程序，在选定当前加工工序条件下通过后置处理操作选择所设定好的后置处理文件生成符合激光加工要求的NC代码(图5)。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。