专利名称：一种适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法
技术领域：
本发明涉及数控加工技术领域，具体地，涉及一种适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法。
背景技术：
数控编程方式有两种，一是手动编程，二是自动编程。手动编程又分为常量式编程和宏程序，自动编程是借助自动编程软件(CAM软件，Computer Aided Manufacturing)如UG, Pr oE, CAT IA, PowerMi 11, CAXA等，通过人机互动实现刀具轨迹的自动生成。自动编程获得的程序和常量式手动编程的程序，均不具备柔性，即程序不能适应零件尺寸、工艺及刀具等加工过程中的各种变化。现有的常量式编程和自动编程，均无法解决同一个程序适应刀具类型或尺寸的变化，即对同一个程序，不能采用不同类型的刀具实现期望的加工，一旦刀具类型发生变化，程序就需要重新编写，要么手动重新编制类型或尺寸变化后的刀具所对应的常量式数控加工程序，要么在自动编程软件中重新设定新类型或尺寸的刀具参数并生成加工程序。这种重新编程的过程，即增加了编程人员的劳动量，也使得企业增加了人力成本上的投入。在现有的许多加工企业中，因为刀具尤其是高档刀具的价格昂贵，其资金投入往往让企业很难承受，而其所生产加工的许多零件，绝大多数是一些典型特征的组合。考虑到加工企业在刀具投入上的经济效益，需要提出一种能够适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法。现有技术到目前为止，均未考虑到程序对不同类型或尺寸刀具的适应性问题，因此，特别需要提出能够适应刀具类型或尺寸变化的数控加工宏程序。(-)现有CAM软件生成的程序不能适应刀具类型的变化，现有的CAM软件无法解决同一程序对不同类型刀具的适应性问题，也未考虑同种类型刀具半径变化后程序的适应性问题。以自动编程为例，目前所有自动编程软件(如UG、ProE、CATIA、PowerMill、CAXA等)均无法解决其所生成的程序对不同类型的刀具适应性问题。一个程序仅仅是针对一个具体类型和确定尺寸的刀具而言的，也就是说，这个程序只有采用对应类型及尺寸的刀具时才能够正确加工零件，一旦实际应用的刀具类型和尺寸发生变化，则这个程序无法正确应用而加工出零件而造成废品，增加了企业生产成本。对于刀具类型变化后程序的处理，自动编程软件需要重以变化后的刀具类型来生成程序。
图1a-图1c为三种不同类型的刀具，即平底刀(图la)、圆鼻刀(图1b)和球头刀(图lc)。以一个椭圆的加工为例，当采用自动编程软件如UG时，其刀具轨迹的处理是基于事先定义好的给定类型和尺寸的某一类刀具而生成的，以加工一个椭球面为例，采用固定轮廓铣时，其生成刀具轨迹的过程如图2 (CAM软件刀具轨迹生成过程)所示。生成刀具轨迹CNC程序之前要定义一个给定尺寸的某类刀具。在CAM软件的相应界面中，选择相应刀具类型并设置刀具参数。在既定类型刀具尺寸的设置中，对刀具轨迹最关键的参数是直径值和刀尖半径值，其余尺寸用于仿真检查，不影响刀具轨迹，刀具号是进行刀具补偿的重要参数。表1.1 “刀具定义”行中，定义了三种类型的刀具，行从左到右，分别定义了直径D=IOmm的平底刀TOl，直径D=IOmm,底圆角半径Rl=2mm的圆鼻刀T02，和直径D=1 Omm的球头刀T03。当设置好刀具类型及尺寸，并设置好工艺方面的参数后，选择相应的加工策略，则CAM软件会自动生成基于已设置类型及尺寸刀具的刀具轨迹，表1.1 “刀具轨迹”行为对应刀具所生成轨迹，这三个刀具轨迹的生成过程中，保持其它工艺参数和加工策略不变，只改变刀具类型，因此生成的刀具轨迹图很好的反应了同样直径不同类型的刀具对刀具轨迹的影响，这些刀具轨迹是由区别的。刀具轨迹在后处理后获得数控加工程序，表1.1 “数控加工程序”行就是相应刀具所对应的数控加工程序，第三行可见其刀具号不同，即所选刀具类型是不同的，从N0050之后的程序，其XYZ坐标值是不一样的，这种不一致正是由于刀具类型不一致引起的。数控机床在加工该椭球时，使用的是由上述过程中CAM软件生成的数控加工程序，应用该数控加工程序时，必须使用与之前定义的相同类型及尺寸的刀具进行加工，否则，如果采用不同类型的刀具或不同尺寸的刀具，则应用该数控加工程序无法正确切削该零件，会出现欠切或过切的情况，造成废品。在CAM软件中，如果刀具类型或尺寸发生了变化，则必须由软件编程人员重复如图2所示的过程，重新定义变化后的一定尺寸的某类刀具，最终生成与新刀具对应的数控加工程序，应用于加工。因此对于通过上述过程获得的任一程序，无法兼容不同类型的刀具，譬如当应用00001程序加工时，必须使用TOl号平底刀，如果采用T02圆鼻刀或T03球头刀，无法正确加工出零件。对00002和00003程序而言，具有同样的问题。表1.1 UG中不同类型刀具定义及其刀具轨迹和数控加工程序
权利要求
1.一种适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，主要包括: a、对适应刀具类型或尺寸变化的数控加工程序进行初始化，并设置刀具、机床和待加工件的相应参数； b、根据现场已有刀具，确认当前刀具类型，基于当前刀具和待加工件的相应参数，对相应的加工量进行计算； C、根据对相应加工量的计算结果，运行适应刀具类型或尺寸变化的数控加工程序，完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态。
2.根据权利要求1所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，在步骤a中，所述设置刀具、机床和待加工件的相应参数的操作，具体包括: 使机床的Z轴回零，设置进给速度的基值和系数； 选择刀具，下刀，完成刀具长度的正补偿； 设置待加工件的尺寸参数和工艺参数，并设置一个变量#24表示圆鼻刀的刀尖半径。
3.根据权利要求2所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，在步骤b中，所述确认当前刀具类型的操作，具体包括: 在当前刀具是预设的2号球头刀时，令步骤a中设置的变量#24等于该球头刀半径； 在当前刀具不是预设的2号球头刀、且当前刀具是预设的I号平底刀时，令步骤a中设置的变量#24等于O ; 在当前刀具不是预设的2号球头刀、且当前刀具也不是预设的I号平底刀时，对步骤a中的变量#24保持初始赋值，不再更改。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，在步骤b中，所述基于当前刀具和待加工件的相应参数，对相应的加工量进行计算的操作，具体包括: 圆鼻刀加工过程中的数学处理；和/或，球头刀加工过程中的数学处理。
5.根据权利要求4所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，所述圆鼻刀加工过程中的数学处理的操作，具体包括: 在加工过程中，适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法控制的是刀位点S的X坐标和Z坐标； CD = r(l- cosα)(2.I) ES = r(l — sin a)(2.2) 以上公式中:α为斜面与垂直面夹角，r为圆鼻刀刀尖半径；r=0时，为平底刀。
6.根据权利要求4所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，所述球头刀加工过程中的数学处理的操作，具体包括: 在加工过程中，适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法控制的是球头刀半径R、斜面与垂直夹角α、斜面高度H和切削点为B点；(2.3) ES = Λ(1 — sin ο )(2.4)0
7.根据权利要求4所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，在步骤c中，所述根据对相应加工量的计算结果，运行适应刀具类型或尺寸变化的数控加工程序的操作，具体包括: 在锥面铣削前，将机床运行到起始点，下刀，以1/4圆切入待加工件；该1/4圆的圆弧半径取值范围为:1/4圆圆弧半径>1*刀具半径； 在当前刀具的当前高度满足预设值时，循环执行待加工件的对应刀具轨迹，直至完成对相应待加工件的加工。
8.根据权利要求4所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，在步骤c中，所述完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态的操作，具体包括: 将当前刀具提升至预设的安全高度，使机床的主轴停转，将机床的冷却液关闭，使机床的Z轴返回预设的参考点。
9.根据权利要求1所述的适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，其特征在于，该适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，适用于配备FANUC O1-M系统的3轴及其以上的立式或卧式数控镗 铣床。
全文摘要
本发明公开了一种适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，主要包括对适应刀具类型或尺寸变化的数控加工程序进行初始化，并设置刀具、机床和待加工件的相应参数；根据现场已有刀具，确认当前刀具类型，基于当前刀具和待加工件的相应参数，对相应的加工量进行计算；根据对相应加工量的计算结果，运行适应刀具类型或尺寸变化的数控加工程序，完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态。本发明所述适应刀具类型或尺寸变化的数控加工控制方法，可以克服现有技术中程序对刀具类型和尺寸的兼容性差、编程工作量大和刀具投入成本高等缺陷，以实现程序对刀具类型和尺寸兼容性好、编程工作量小和投入成本低的优点。
文档编号G05B19/4097GK103116316SQ20131000362
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者王朝琴, 王小荣 申请人:兰州交通大学