一种多类型组合孔群数控加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种多类型组合孔群数控加工方法，包括如下步骤：步骤一：建立孔群分布数据库、孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库及数控加工代码数据库；步骤二：建立人机交互界面，录入及调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图；步骤三：建立人机交互界面，录入及调用孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库及数控加工代码数据库的数据；步骤四：设定主轴移动路径优化原则，优化计算，自动生成主轴移动优化路径；步骤五：按照所述主轴移动优化路径，自动生成孔群数控加工代码程序。本发明能够实现单类型孔群和多类型组合孔群加工代码的生成，工作程序简单，具备自动编程功能，成本相对比较低，适合于加工规则群孔的零件。
【专利说明】
一种多类型组合孔群数控加工方法
技术领域
[0001]本发明涉及数控加工方法，特别是一种多类型组合孔群数控加工方法。
【背景技术】
[0002]数控机床上经常需要加工一些单孔、规则群孔、多类型规则群孔组合的孔类零件，例如在钢板上加工矩阵形的群孔，加工法兰盘上圆形群孔或者其矩形孔和圆形孔群组合而成的孔群等。在数控加工过程中，需要操作员根据工艺，在数控设备中进行程序设定，若采用手工编程，对于群孔、多孔等编程过程，需要计算每个节点的坐标值，不但计算量大，且效率低、容易出错，同时加工精度也较差，容易造成品质不良；若通过调用子程序编程，先编写好子程序，然后利用主程序调用子程序进行加工，对于数量较多的群孔，还需要多重调用才能完成，这对操作人员的编程能力要求较高;若采用CAM等自动编程软件，操作人员利用自动编程软件，如UG，要完成三维图形的绘制，设置加工部件，然后创建刀具，设置刀具的参数等步骤后才能生成数控程序，工作程序复杂，而且加工设备需要配置CAM等自动编程软件，要求数控设备的配置比较高，成本相对比较高，适合用于复合工艺或造型复杂的零件加工，不适合用于加工规则群孔这样简单的零件。
【发明内容】
[0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种多类型组合孔群数控加工方法。
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种多类型组合孔群数控加工方法，包括如下步骤:
[0005]步骤一:建立孔群分布数据库、孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库及数控加工代码数据库；
[0006]步骤二:建立人机交互界面，录入及调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图；
[0007]步骤三:建立人机交互界面，录入及调用所述孔类型数据库、所述孔加工工艺参数数据库及所述数控加工代码数据库的数据；
[0008]步骤四:设定主轴移动路径优化原则，优化计算，自动生成主轴移动优化路径；
[0009]步骤五:按照所述主轴移动优化路径，自动生成孔群数控加工代码程序。
[0010]进一步地，所述步骤一中，按照孔群类型、与首孔相对位置和孔数量建立所述孔群分布数据库。
[0011 ]进一步地，所述步骤一中，所述孔群类型包括矩形孔群、矩阵孔群、圆弧孔群、圆形孔群、直线孔群、槽型孔群和菱形孔群。
[0012]进一步地，所述步骤一中，按照孔类型、孔参数和对应的刀具号建立所述孔类型数据库。
[0013]进一步地，所述步骤一中，所述孔加工工艺参数包括主轴转速S、进给速度F、进给量Q、安全高度和工件坐标系。
[0014]进一步地，所述步骤三中，设有操作者未选择时的默认选项。
[0015]进一步地，所述步骤三中，设定数据的阈值范围，当录入及调用数据超过阈值范围，人机交互界面自动弹出对话框予以提示，并中断进程。
[0016]进一步地，所述步骤四中，所述主轴移动路径优化原则包括最短路径原则和/或最少换刀次数原则。
[0017]进一步地，所述步骤二和所述步骤三中，录入数据采用下拉选项或编辑框形式录入。
[0018]进一步地，所述步骤二和所述步骤三中，建立人机交互界面时底层代码使用C语言。
[0019]本发明具有的优点和积极效果是:本发明能够实现单类型孔群和多类型组合孔群加工代码的生成，工作程序简单，具备自动编程功能，成本相对比较低，适合用于加工规则群孔的零件。采用本发明的多类型组合孔群数控加工方法，其参数输入全部采用下拉选项或编辑框形式完成，其底层代码全部使用C语言设计完成，可移植性强。因此本系统既可单独使用，也可嵌入到不同平台的数控系统中，成为模块化的专用平台。
【附图说明】
[0020]图1是本发明多类型组合孔群数控加工方法的流程图；
[0021]图2是人机交互界面示意图；
[0022]图3是录入及调用所述孔群分布数据的人机交互界面示意图；
[0023]图4是录入及调用所述孔类型数据的人机交互界面示意图；
[0024]图5是调用数据库数据及数据库之间数据交互示意图；
[0025]图6是优化计算最短路径流程图。
【具体实施方式】
[0026]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0027]请参阅图1至图6，一种多类型组合孔群数控加工方法，包括如下步骤:
[0028]步骤一:建立孔群分布数据库、孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库及数控加工代码数据库；其中，所述孔类型数据库和所述孔加工工艺参数数据库与所述数控加工代码数据库关联；
[0029]步骤二:建立人机交互界面，录入及调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图；
[0030]步骤三:建立人机交互界面，录入及调用所述孔类型数据库、所述孔加工工艺参数数据库及所述数控加工代码数据库的数据；
[0031 ]步骤四:设定主轴移动路径优化原则，优化计算，自动生成主轴移动优化路径;生成的主轴移动优化路径可存入路径优化数据库；
[0032]步骤五:按照所述主轴移动优化路径，自动生成孔群数控加工代码程序。
[0033]进一步地，所述步骤一中，可按照孔群类型、与首孔相对位置和孔数量建立所述孔群分布数据库。
[0034]进一步地，所述步骤一中，所述孔群类型根据孔的排列规律分类定义，可包括矩形孔群、矩阵孔群、圆弧孔群、圆形孔群、直线孔群、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;所述矩阵孔群是指:以矩形阵列形式排列的孔群;所述圆弧孔群是指；以圆弧但非圆形形式排列的孔群，所述圆形孔群是指；以圆形形式排列的孔群；所述直线孔群是指:以直线或斜线排列的孔群;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。孔群类型不限于上述列举，根据孔的排列规律分类定义。
[0035]进一步地，所述步骤一中，可按照孔类型、孔参数和对应的刀具号建立所述孔类型数据库。所述孔类型是指孔的形状，可包括:阶梯孔、螺纹孔和普通孔等;所述孔参数可包括孔深、孔径等;对应的刀具号是指，加工孔时，加工该孔所使用的刀具库中刀具的编号。
[0036]进一步地，所述步骤一中，所述孔加工工艺参数可包括主轴转速S、进给速度F、进给量Q、安全高度、是否使用切削液、工件坐标系等。
[0037]进一步地，所述步骤三中，可设有操作者未选择时的默认选项。
[0038]进一步地，所述步骤三中，可设定数据的阈值范围，当录入及调用数据超过阈值范围，人机交互界面自动弹出对话框予以提示，并中断进程，使系统暂停执行下一步的程序及作业，待重新输入数据，并通过系统的审核后，才继续执行下一步的程序或作业。。
[0039]进一步地，所述步骤四中，所述主轴移动路径优化原则可包括最短路径原则和/或最少换刀次数原则。
[0040]进一步地，所述步骤二和所述步骤三中，录入数据可采用下拉选项或编辑框形式录入。
[0041]进一步地，所述步骤二和所述步骤三中，可在建立人机交互界面时底层代码使用C语言。
[0042]其底层代码可全部使用C语言设计完成，可移植性强。因此本系统既可单独使用，也可嵌入到不同平台的数控系统中，成为模块化的专用平台。
[0043]下面以加工一个矩形孔群和圆弧孔群的特例圆形孔群的组合孔群为例，对本发明多类型组合孔群数控加工方法及操作步骤作进一步详细地描述，本例中我们设定矩形孔群孔类型为阶梯孔，圆形孔群孔类型为普通孔。操作完成生成最终的数控加工代码，包括以下步骤:
[0044]第一步:建立孔群分布数据库、孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库及数控加工代码数据库；
[0045]第二步:建立人机交互界面，通过下拉选项，录入及调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图；录入数据可采用下拉选项或编辑框形式录入。具体方法可如下:在人机交互界面，我们选定“孔群类型”选项，请参见图2，所述孔群类型，根据孔的排列规律分类定义，可分类为矩形孔群、矩阵孔群、圆弧孔群、圆形孔群和直线孔群等等。
[0046]这里我们可以根据需要进行选择，本例中我们选择“矩形孔群”和“圆形孔群”，以矩形孔群为例，我们选定后，表会出现图3所示的参数填写界面，我们依次录入用来定义矩形孔群的特征参数，如首孔X坐标、首孔Y坐标、X方向间距、X向孔个数、Y方向间距、Y向孔个数等能确定孔分布的参数，检查无误后点击“写入”，便将孔群类型相关信息记录下来。圆形孔群同理操作，录入孔群的特征参数，如首孔X坐标、Y坐标;孔群中心的X坐标、Y坐标;半径R，孔个数等等能确定孔分布的参数，检查无误后点击“写入”，将孔群类型相关信息记录下来，并进行存储。即录入所述孔群分布数据库的数据。调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图。如图2所示。
[0047]本例中举出“矩形孔群”和“圆形孔群”组合的形式，但不局限与此种形式。包括“矩形孔群”、“圆弧孔群”、“矩阵孔群”、“直线孔群”等，从中选择某一种或几种均可组成相应的孔群形式;录入数据可采用下拉选项或编辑框形式录入。
[0048]第三步:建立人机交互界面，通过下拉选项，录入及调用所述孔类型数据库、所述孔加工工艺参数数据库及所述数控加工代码数据库的数据。录入数据可采用下拉选项或编辑框形式录入。首先定义孔的类型，可根据孔的形状定义，对欲加工的孔类型信息进行归类确定，选择“孔类型”选项，如图4，对于上一步未选择孔群类型时，系统会自动提示。用户可选择相应的孔群类型即可。点击相应的孔群类型，如点击“矩形孔群”等，系统可弹出孔类型选项，用户选择“阶梯孔”后，出现孔形状及对应刀具号的信息录入对话框，如孔深、孔径、刀具号等，其参数示意图会在右侧提示区显示。孔类型确定后，示意图区域也会相应出现与孔类型对应的孔的示意图，输入相关参数，在示意图对应的部位显示输入的参数值，参数值等信息录入所述孔类型数据库和所述孔加工工艺参数数据库。所述数控加工代码数据库与所述孔类型数据库和所述孔加工工艺参数数据库关联，所述每种孔群仅可以选择其中一种孔类型；比如选择了矩形孔群和圆形孔群。选择矩形孔群的孔类型时，只能从普通孔、阶梯孔、螺纹孔等孔类型中选择一种，如选择阶梯孔，一旦选择，则整个矩形孔群内的孔都是一样的阶梯孔；同理圆形孔群选择螺纹孔，则整个圆形孔群分布的孔都是螺纹孔。对于一个孔群中有两种以上的孔类型时，可分成几个子孔群类型，每个子孔群类型包含的孔为相同孔类型；然后按照上述的方法进行数据录入及调用。
[0049]对应孔类型和孔加工工艺参数，确定数控加工参数及其他工艺信息，录入包括主轴转速S、进给速度F、进给量Q、安全高度、是否使用切削液、工件坐标系等信息，进行数据填写和选择，其数据信息如图5所示进行存储。通过这些参数的交互式输入，录入及调用所述孔类型数据库和孔加工工艺参数数据库的数据，从而对数控加工过程加以控制。
[0050]第四步:设定主轴移动路径优化原则，优化计算，自动生成主轴移动优化路径；系统自动从上述数据库中调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图。如图2所示，将孔的加工路径进行路径规划，点击“路径规划”选项，所述主轴移动路径优化原则可包括最短路径原则和/或最少换刀次数原则。此处我们选择最短路径原则，点击后进行路径规划操作，系统进行优化计算，优化算法如图6所示进行路径规划，优化完成后可以在示意图区域看到规划后的主轴移动优化路径图，可将优化后的最优序列信息(主轴移动优化路径)自动存储在路径优化数据库中；
[0051]第五步:确定好孔群的分布，孔的类型和加工工艺参数，根据所述孔类型数据库和所述孔加工工艺参数数据库的数据与所述数控加工代码数据库关联;按照所述主轴移动优化路径，和前述录入及调用的数控加工参数数据，自动生成孔群数控加工代码程序。在我们填写好各项参数后，观察系统如未在右侧提示区域提示错误，点击“代码生成”选项，系统会根据用户输入的参数，按照优化后的路径生成相对应的数控加工代码程序。
[0052]目前国际上广泛应用的是ISO标准。字地址程序段格式的编排格式如下:G__X__Y__z—P—Q—R—F—S—T—M—等，其中，主要地址码的含义如下:G准备功能，指令动作的方式;X，Y，Z坐标字，分别是X轴、Y轴、Z轴的移动指令;M辅助功能，可定义实施机床的开/关、换刀等指令;S主轴功能，主轴转速的指令;T刀具功能，刀具编号以及刀具补偿号的指令;F进给速度，进给速度的指令;P孔底停留时间，停留时间的指令;Q每次钻孔深，单次钻孔深度指令等。
[0053]将各种参数录入相应的数据库，进行保存及调用。然后通过编程软件，调用相应的数据库的数据，完成加工代码格式化输出，即调用相应数据库的数据，对相应的部分进行“赋值”，即可实现G代码语句完整的规范化输出。例如:某一步骤中，需要换刀，则系统自动生成Τ__Μ06所代表的数字，会自动从“孔类型数据库”中的“对应刀具号”取出，如生成Τ03 Μ06；
[0054]这样，系统自动调用孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库和数控加工代码数据库的数据，并提取主轴移动路径最优序列中的各节点位置信息，自动生成数控加工代码程序。
[0055]为了使系统在进行路径规划、生成代码等操作时，各部分信息不会互相影响，我们将每一部分的信息都独立的存储在一个数据文件即数据库中，在进行其他操作时，各程序便调用自己所需的数据文件即可，不会影响其他文件的使用，如图5所示。数据文件具体可包括:
[0056]1、孔群类型以及孔之间相对位置信息，包括孔群类型信息:矩形孔群信息、圆形孔群信息、直线孔群信息、矩阵孔群信息；以及各类孔群的其他孔与首孔的相对位置信息等；
[0057]2、孔类型信息，即各孔群对应的孔类型信息，包括阶梯孔类型信息、螺纹孔类型信息、普通孔类型信息、孔的尺寸信息信息、对应的刀具号信息等；
[0058]3、孔加工工艺参数信息，包括主轴转速S、进给速度F、进给量Q、安全高度等；
[0059]4、孔加工路径信息，以最短路径原则为例，系统自动从孔位置信息中提取各孔群位置信息，使用改进的遗传算法，将自动提取的孔位置信息进行路径优化计算，运算完成后将优化后的位置信息，存储在最优路径(孔序列)存储器中。
[0060]5、加工代码信息，用户点击“生成代码”后，系统便从“最优序列信息”、孔类型信息、“其他参数信息”等提取所需的信息，生成加工代码，供用户使用。
[0061]系统可进行单一孔群加工代码的生成，也可进行多种孔群组合形成的孔群代码的生成；
[0062]上述的组合孔群，不限制所有孔均为一种孔类型，而是一规则孔群可对应一种孔类型，如文中举例说明的“矩形孔群”和“圆形孔群”的组合孔群中，我们可设定“矩形孔群”为阶梯孔，“圆形孔群”为普通孔，或者设定“矩形形孔群”为螺纹孔，“圆形孔群”为阶梯孔等;
[0063]可设定数据的阈值范围，当录入及调用数据超过阈值范围，人机交互界面自动弹出对话框予以提示，并中断系统执行接下来的动作。若使用过程中，参数输入出现一些逻辑性的错误，如转速设为O或负值，则系统会自动弹出对话框予以提示，并中断系统执行接下来的动作。以进给速度为例，当我们输入为O，在执行“生成加工代码”操作时，系统便会在提示区，如在人机交互界右侧，显示“进给速度必须大于O”的提示。
[0064]用户使用时，若进行相应选择，但未进行相关操作，系统也将提示错误信息，并阻止用户继续操作。如用户选择“直线孔群”，但未选择其对应的孔类型，也未填写相应的刀具信息，而直接点击“代码生成”，则系统自动阻止程序运行，并提示用户执行未填写的操作。
[0065]系统各模块独立设计，其数据文件单独存储，相应程序运行时调取所需文件，运行完成后，生成的文件也单独存储；
[0066]本系统中在“最短路径”原则下，进行路径优化时，采用基于改进的遗传算法，其优化过程如图6所示。
[0067]本系统中图2所示示意图所展示的是孔的位置分布，会根据用户的定义参数而改变，在用户未选择孔类型之前，示意图中所有孔均默认为普通孔。
[0068]采用本发明的多类型组合孔群数控加工方法，其参数输入全部采用下拉选项或编辑框形式完成，其底层代码全部使用C语言设计完成，可移植性强。因此本系统既可单独使用，也可嵌入到不同平台的数控系统中，成为模块化的专用平台，解决了现有系统不具有多类型孔群零件自动编程或者只含有单一类型孔群编程且代码不能移植的问题，并为后期实现孔类加工更深层次的应用，奠定了有力的基础，具有很强的实用性。本发明设计方法及系统适用于加工多类型孔群类零件的生产场合，或者移植入不具有此类功能的数控系统中，用于系统的改造设计。
[0069]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:建立孔群分布数据库、孔类型数据库、孔加工工艺参数数据库及数控加工代码数据库； 步骤二:建立人机交互界面，录入及调用所述孔群分布数据库的数据，生成模拟孔群分布示意图； 步骤三:建立人机交互界面，录入及调用所述孔类型数据库、所述孔加工工艺参数数据库及所述数控加工代码数据库的数据； 步骤四:设定主轴移动路径优化原则，优化计算，自动生成主轴移动优化路径； 步骤五:按照所述主轴移动优化路径，自动生成孔群数控加工代码程序。2.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤一中，按照孔群类型、与首孔相对位置和孔数量建立所述孔群分布数据库。3.根据权利要求2所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤一中，所述孔群类型包括矩形孔群、矩阵孔群、圆弧孔群、圆形孔群、直线孔群、槽型孔群和菱形孔群。4.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤一中，按照孔类型、孔参数和对应的刀具号建立所述孔类型数据库。5.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤一中，所述孔加工工艺参数包括主轴转速S、进给速度F、进给量Q、安全高度和工件坐标系。6.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤三中，设有操作者未选择时的默认选项。7.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤三中，设定数据的阈值范围，当录入及调用数据超过阈值范围，人机交互界面自动弹出对话框予以提示，并中断进程。8.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤四中，所述主轴移动路径优化原则包括最短路径原则和/或最少换刀次数原则。9.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤二和所述步骤三中，录入数据采用下拉选项或编辑框形式录入。10.根据权利要求1所述的多类型组合孔群数控加工方法，其特征在于，所述步骤二和所述步骤三中，建立人机交互界面时底层代码使用C语言。
【文档编号】G05B19/4097GK105867309SQ201610146349
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】王太勇, 张永宾, 董靖川, 丁彦玉, 于治强
【申请人】天津大学