基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的异型螺纹自动编程技术研究
2016-8-26 来源：沈阳工程学院机械学院， 作者：李铁钢
摘要： 针对异型螺纹的加工问题， 研究数控程序编制的自动化。基于Ｅｄｇｅｃａｍ 软件提出了螺纹加工的智能化编程方法； 论述了工艺设计、软件设计和程序编制等关键技术， 利用ＰＣＩ 和ＰＤＩ 等二次开发语言编制了程序； 以某零件的螺纹圆弧加工实例测试了方法的有效性， 实现了螺纹制造的智能化和快速化， 为其它智能编程提供了借鉴。
关键词： 异型螺纹加工； 自动编程； Ｅｄｇｅｃａｍ； 二次开发； ＰＣＩ； ＰＤＩ
0、前言
螺纹是机械零件的典型结构， 常见的形式是６０°牙型角的普通三角形螺纹， 现代零件普遍使用数控机床加工， 此种螺纹可在自动化的ＣＡＭ 数控编程软件上编制数控机床加工用程序。
异型螺纹指的是剖面形状为圆弧形、梯形及其它复杂剖面形状的螺纹， 此类螺纹的形状参数不定， 很多无统一的标准参照， 现今的计算机辅助编程软件没有异型螺纹的编程功能， 在编制数控车床加工的程序时， 通常手工计算数据点， 或者利用宏变量编程， 程序代码手工编写， 程序编制繁琐且容易出错。
Ｅｄｇｅｃａｍ 软件是由英国开发的智能数控编程系统， 主要应用于数控铣、数控车、数控线切割以及车铣复合等领域［１－２］ ， 是全球最著名的数控编程软件之一， 使用数量居于独立ＣＡＭ 系统前矛， 具有完备的客户二次定制开发功能， 可利用ＪＶＡＳＣＲＩＰＴ、ＶＢ 和Ｃ＃等语言开发复杂的交互界面， 可基于工艺模型进行非交互自动制造特征识别和构建并进行加工， 特别适合开发定制自动化数控编程系统。
本文作者开发了基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的数控车床异型螺纹自动编程系统， 研究了工艺设计、软件设计和程序编制等关键技术。
1、关键技术及实现方法
１.１ 工艺设计
异型螺纹的剖面由若干圆弧和直线组合而成， 典型的结构如图１ 所示。
图１ 典型异型螺纹
螺纹加工采用层切法加工， 同Z 轴方向平行，由内向外一层层加工， 可以采用带圆弧的普通外圆车刀， 也可以采用标准螺纹车刀等实现。
层切法的基本原理是每个异型螺纹剖面X 向分层拟合加工， 当利用６０°角的外螺纹车刀加工如图２所示外螺纹时， 车刀沿Z 向平行进给， 每条进给路线拟合成若干个数据点， 数据点轴向步距为L， 在粗加工时L 值可取较大值， 刀具以拟合点处的（x， z）作为螺纹的加工起点， 执行螺纹加工命令， 比如， 对于ＦＡＮＵＣ０ｉ-ＴＢ 系统而言， 可以使用单一螺纹加工指令Ｇ３２ 或螺纹单一循环指令Ｇ９２ 书写程序。
图２ 异型螺纹剖面加工
１.２ 系统设计及功能实现
Ｅｄｇｅｃａｍ 程序利用二次开发ＰＣＩ （Ｐｒｏｇｒａｍ ＣｏｍｍａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅ） 语言和ＰＤＩ （Ｐｒｏｇｒａｍ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）语言编写接口程序读写Ｅｄｇｅｃａｍ 数据库中的几何信息和拓扑信息实现螺纹的加工［３－４］ ， 异型螺纹自动加工系统运行于Ｅｄｇｅｃａｍ 应用界面上， 对话框利用ＶＢ.ｎｅｔ 开发， 系统的功能流程如图３ 所示。
图３ 系统功能流程
设螺纹车刀的圆弧半径为r， 取拟合的公差为ε，利用等步长直线逼近法拟合螺纹剖面， 设计算时与Z轴平行的轨迹上的数据点间的拟合步长为L， 则计算得：
如图４ 所示， 设层切计算时由毛坯外向内与Z 轴平行的轨迹上加工， 刀具轨迹同左侧螺纹剖面接触的数据点为p１ ， 下一切削层刀具轨迹同左侧螺纹剖面接触的数据点为p２ ， p１ 和p２ 间的拟合步长为L１ ， 则计算得：
图４ X 向拟合步距
设两个圆弧的圆心分别为O１ （x１ ， y１ ， z１ ），O２（x２， y２ ， z２）， 由于X 向拟合２ 层间的拟合距离和螺纹截面的曲线挠度不大， 则O１O２ ≈ p１ p２ ＝L１，O１（x１，y１ ， z１ ） 为已知的数据点， 则X 向的拟合距离为［５］：
１.３ 程序生成算法
程序使用变量宏编程实现， 每层内用宏变量实现层内的加工， 其中＃１ 变量表示每层数据点同最左侧螺纹拟合的Z 坐标（半径表示）， ＃４ 变量表示每层数据点同最左侧螺纹拟合的X 坐标（坐标变换后）， ＃５为层数控制循环变量， ＃２ 变量为层切削的控制循环变量， ＃６ 变量为每层内拟合点的增量， 且＃６＝LX 。典型的程序（部分） 示例如图５ 所示。
图５ 加工程序实例
2、应用实例
某零件的图纸如图６ 所示， 零件两端头具有异型螺纹， 螺纹由多段圆弧和直线连接而成。
图６ 典型异型螺纹零件
此零件先进行除螺纹外的其它工序的加工， 最后车削加工两端头的螺纹， 螺纹加工时编程坐标系设置在零件的右端面， 切削外螺纹使用刀尖圆弧半径为０.８ 的６０°的通用外螺纹车刀， 切削内螺纹使用刀尖圆弧半径为０.４ 的６０°的通用内螺纹车刀。生成的加工程序利用ＶＥＲＩＣＵＴ 仿真， 仿真结果验证了系统设计的正确。经过实际零件的切削加工，得到了合格的产品。
3、结论
基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的异型螺纹自动编程技术研究了异型螺纹的自动编程技术， 重点论述了软件设计、层切法加工的原理和技术等关键问题［６］ ， 完成了系统的开发并加工出了合格的产品， 提高了异型螺纹编程加工的效率， 为其它产品的智能编程提供了借鉴作用。
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