[发明专利]用于异形螺旋曲面加工的智能数控编程系统

说明书

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，尤其涉及到一种用于异形螺旋曲面加工的智能数控编程系统。

背景技术

在螺杆泵、螺杆压缩机、橡塑挤出机等机械设备中，螺旋面作为关键零件的核心要素而存在，具体形状和成形方法因用途和宿主零件而千差万别，但却直接关系着这些设备的工作效率、精度、能耗甚至整机性能。为了满足产品质量、效率、能耗等方面以及特殊行业的需要，工业中出现了各式各样以异型螺杆或叶片为核心零件的螺杆机械，通过特殊的螺旋曲面实现特殊工艺要求，例如改变排量和压缩比。这些螺旋曲面成形机理各异，螺杆型线也复杂多样，加之牙型、直径、导程等方面的变化因素，给螺杆的加工带来很大的困难。为保证螺旋曲面的加工精度，通常采用精密的数控加工方法。在数控加工过程中涉及的工作主要包括数控编程和控制加工两个阶段，其中数控编程由技术人员在数控机床或者相应的编程系统上进行，是数控加工的必要和关键工作；控制加工由数控机床及其操作者实施，通过执行数控程序实现零件的加工。

对于异型、复杂螺旋曲面的加工方法可以分为两大类。第一类是把其当作一般曲面在多轴联动的高档通用数控机床上加工，具体方法与其它类型的复杂曲面类似，不再赘述；另一类是针对螺旋面特点而采用专用方法或在专门机床上加工，适合螺杆类零件的高效加工。对于异型螺杆类零件的高效数控加工早期主要采用成形铣削法。这种加工方法对切削刀具的要求较高，螺杆螺旋面的型线完全由刀具的刃形来保证，使得成形铣刀的设计与制造十分困难，难以适用于复杂和精密异型螺杆的加工。因此，近些年逐渐出现了无瞬心包络法、内旋风包络铣削法等加工螺旋曲面的新方法。运用这些新方法加工螺旋曲面时，刀刃与工件曲面之间的包络轨迹呈复杂的空间关系，计算非常复杂。因此，如何进行精确的计算并编写出准确的数控程序是获得精度和表面质量俱佳的螺杆工件的关键所在。

随着异型螺杆类零件数控加工方法的研究，异型螺杆类零件的数控编程技术变得越来越重要。理论上，加工中可以采用标准刀具，通过自动编程系统或者CAD/CAM(计算机辅助设计/制造)系统的精确计算和数控系统的准确控制来实现复杂的运动，从而包络加工出螺旋曲面的形状。这也是提高加工精度和效率、降低劳动强度和难度、降低消耗、提升竞争力的有效途径。但由于这类零件具有特殊、多样、复杂的曲面形状和特殊的加工方法，对于其螺旋曲面的加工一般需要专门的计算和编程系统，而无法由普通CAD/CAM软件完成。国内学者对此进行了大量研究，这些研究对异形螺杆的造型、包络加工原理、刀轨计算、代码生成等提供了理论基础，并实现了某些零件的加工，具有重要的理论指导意义和参考价值。但由于这些方法涉及诸多新技术、计算复杂，异型螺旋曲面数控加工程序的编制困难，一般工程技术人员即使了解该方法，在现有技术条件下也无法完成数控编程工作。上述研究虽然也提供了一定的实现技术，但其主要目的是为了验证最新理论研究成果，虽然为解决异形螺旋曲面加工问题提供了重要的理论指导和参考，却尚未形成适用于一般工程技术人员的自动化数控编程系统或工具。另外，上述研究成果基本上都是针对某一行业的某类型螺杆的加工技术研究，无法满足生产实际中新产品开发的需要。

综上所述，现有技术大多都是针对特定类型的零件和特定的加工方法的，应用范围有限，自动化程度低、效率低，对编程人员的要求高，很难适用于企业中尤其是中小企业中的数控加工技术人员。随着异型螺旋曲面的应用范围越来越广、质量要求越来越高，现有技术已难以适应生产实际的需要。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术中存在的针对特定类型的零件和加工方法，应用范围受限制，自动化程度低、难以适应产品的生产需要的问题；提供一种用于异形螺旋曲面加工的智能数控编程系统；通过该系统的智能计算和自动编程，操作者只需要进行简单的操作就能完成异形螺旋曲面数控程序的编制工作，降低编程难度、提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于异形螺旋曲面加工的智能数控编程系统，主要包括数据接口模块、数据库资源、智能规划模块、编程模块和仿真校验模块，各模块之间通过电连接；数据接口模块用于辅助操作者输入或选择必要的数据并利用这些数据自动生成螺旋曲面类零件的几何模型；数据库资源是内置的数据库，用以存储螺旋曲面及其数控加工的相关信息，是智能规划模块和编程模块的重要支撑模块；智能规划模块根据待加工螺旋曲面的几何信息，对其数控加工方法和具体工艺进行规划和计算；编程模块用于生成具体异形螺旋曲面的数控加工程序；仿真校验模块的作用是保证数控程序的正确性。

数据接口模块主要用于自动生成曲面部分的几何模型。