專利名稱：圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控車削控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及有靈活制訂數(shù)控加工工藝和切 削軌跡能力的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)控車削自動編程構(gòu)建于兩條成熟的技術(shù)路徑之上，即自動編程工具APT 與計算機輔助設(shè)計和制造即CAD/CAM技術(shù)。目前基于APT基礎(chǔ)上開發(fā)的面向加工，具有一定適用范圍的小型編程系統(tǒng) 包括如美國的用于輪廓控制的ADATP和用于點位控制的AUTOSPOT系統(tǒng)。德 國的分別面向點位加工、車削加工和銑削加工研制出EXAPT(Extended Automatically Programmed Tools)-l 、 EXAPT-2和EXAPT-3系列小型自動編程系 統(tǒng)，以及日本的FAPT語言系統(tǒng)以及我國研制的ZCK和SKG等編程系統(tǒng)。由 APT衍生出的各種小型專用數(shù)控語言編程系統(tǒng)，被用于數(shù)控車削或銑削編程時 有以下三類缺點(l)編程人員需要學(xué)習(xí)和掌握數(shù)控語言，(2)需要將被加工零件 信息轉(zhuǎn)換成文字或數(shù)字信息，不僅不直觀，而且在轉(zhuǎn)換過程中出錯率高，(3)數(shù) 控語言編程目前還是采用批處理形式，即用數(shù)控語言編寫的零件源程序，輸入計 算機后只進(jìn)行一次處理，且在處理過程中無法進(jìn)行人工干預(yù)，從而無法對指令代 碼的運行結(jié)果進(jìn)行修改。計算機輔助編程是CAD/CAM領(lǐng)域的重要技術(shù)分支，也是設(shè)計和實現(xiàn)數(shù)控車 削自動編程的另一技術(shù)路徑。80年代由德國開發(fā)的01(^ 自動編程系統(tǒng)屬于早期 典型的圖形化交互式自動編程系統(tǒng)，具備初步的圖像編輯和代碼生成功能；90 年代瑞士 Cimalog公司研制的Multi CAD/CAM⑧軟件系統(tǒng)則具備了進(jìn)行三維產(chǎn)品 設(shè)計功能，根據(jù)設(shè)計出的實體造型，可以生成刀具路徑，配合工藝參數(shù)即可生成 數(shù)控指令，然后直接或通過穿孔帶將加工程序輸入數(shù)控機床。目前采用圖形化交 互式自動編程概念進(jìn)行開發(fā)、具備數(shù)控編程功能的CAD/CAM —體化軟件主要 有美國CNC Software公司研制的MASTER CAM⑧軟件，以及由EDS公司開發(fā) 的UG⑧系統(tǒng)。這些軟件都集成了數(shù)控加工功能模塊，能進(jìn)行線框造型設(shè)計及基于非均勻有理B樣條曲面造型設(shè)計、自動尺寸標(biāo)注、NC代碼校核與修正，以及 過切干涉檢測，通過建立統(tǒng)一的加工工藝信息管理模型及生成機床控制系統(tǒng)代碼 的通用后置處理，借助數(shù)控編程技術(shù)實現(xiàn)了無紙化高效自動加工。我國在70年代末參照APT的結(jié)構(gòu)開發(fā)出相應(yīng)的數(shù)控語言系統(tǒng)。比如南京 航天航空大學(xué)研制的SKG語言系統(tǒng)，太原重型機器廠研制的8八 1@系統(tǒng)等，都 屬于APT衍生物。近年來，在個人微機(PC)及工業(yè)計算機(IPC)上開發(fā)的、基于 APT的各種專用編程系統(tǒng)也已初具規(guī)模，并正在發(fā)展成為一個大型、集成化計 算機軟件CADEMAS(Computer Aided Development, Engineering Manufacturing and Support),其中一個重要部分是計算機自動數(shù)控編程系統(tǒng)(NCG APTX, APTX-GI)。另一方面，隨著CAD/CAM技術(shù)的不斷推進(jìn)，我國也在引進(jìn)國外先 進(jìn)CAD/CAM技術(shù)的基礎(chǔ)上，對如何實現(xiàn)數(shù)控加工程序的自動化編程及仿真進(jìn) 行了初步研究和探討，其中包括圖形化數(shù)控車床輔助/半自動編程系統(tǒng)開發(fā)，但 無論是國外或者國內(nèi)開發(fā)的數(shù)控編程系統(tǒng)，對于諸如跨平臺特性、CAD圖形數(shù) 據(jù)優(yōu)化、數(shù)控加工工藝及刀具軌跡自動規(guī)劃、以及基于虛擬現(xiàn)實的三維加工過程 仿真的研究仍停留在理論分析與方法論層面。針對國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)這一快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)集群，在車削編程中的圖形化交互式、計算機輔助或自動工藝課題解算 及工藝規(guī)程制訂等配套技術(shù)領(lǐng)域未見具體技術(shù)和軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容鑒于本發(fā)明基于上述環(huán)境；因此本發(fā)明主要目標(biāo)是提供可以靈活、系統(tǒng)的制 訂數(shù)控加工工藝或由系統(tǒng)根據(jù)零件制造特征自動生成加工工藝；或由系統(tǒng)自動 生成加工工藝后向工藝人員輸出工藝鏈表，由工藝人員結(jié)合自身工藝經(jīng)驗進(jìn)行修 改；或完全由工藝人員指定加工工藝；最終由系統(tǒng)根據(jù)形成的工藝鏈表計算刀具 路徑，并生成數(shù)控指令代碼，實現(xiàn)簡單零件或復(fù)雜零件的高效率編程，能夠提高 編程效率及NC代碼質(zhì)量、促進(jìn)快速產(chǎn)品過程實現(xiàn)(RPPR)和集成化產(chǎn)品開發(fā) (IPPD)過程。本發(fā)明的技術(shù)方案是圖形化交互式數(shù)控車削自動控制方法，其特征是包括 下列步驟…-讀入毛坯和零件圖，去除冗余信息，并判斷圖形是否準(zhǔn)確；——使圖形具有實時交互功能，能夠修正零件加工表面的信息，包括加工表面類型，準(zhǔn)確的幾何信息，表面粗糙度；-…一根據(jù)用戶選擇確定是進(jìn)行自動編程、輔助編程還是混合編程；--…如果用戶選擇自動編程，則系統(tǒng)進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程 序，進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序后，首先分別設(shè)置好工件坐標(biāo)系、 退刀面和安全距離；由用戶選擇進(jìn)行粗，精還是完整加工，如果選擇進(jìn)行粗加工， 則通過用戶接口分別設(shè)置一組組合加工刀具，通用余量，通用切深，通用進(jìn)給量 和切削速度；如果是只進(jìn)行精加工，則通過用戶接口分別設(shè)置精加工組合刀具， 切深，進(jìn)給量和切削速度；若用戶選擇包含粗、精的完整加工，那么需要分別設(shè) 置粗精加工信息；當(dāng)這些信息都設(shè)置完成以后，進(jìn)入進(jìn)行軌跡規(guī)劃程序；…-當(dāng)進(jìn)入輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序，通過用戶接口設(shè)置 工件坐標(biāo)系，退刀面和安全距離；用戶設(shè)定所需工步，在設(shè)定每一個工步時，需 要選取當(dāng)前工步對應(yīng)的加工表面，刀具，進(jìn)退刀方式設(shè)置，主軸轉(zhuǎn)向；對加工表 面同時或分別設(shè)置加工余量，切削深度，進(jìn)給量，切削速度，在所有工步設(shè)定完 畢后，進(jìn)入進(jìn)行軌跡規(guī)劃程序；—-當(dāng)進(jìn)入混合編程程序后，首先進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序， 在完成自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序后，系統(tǒng)輸出工序列表至輔助/半自 動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序，系統(tǒng)可根據(jù)工藝人員的修改結(jié)果直接由生成 刀具路徑程序?qū)嵤┸壽E規(guī)劃，軌跡規(guī)劃成功后，顯示規(guī)劃的軌跡；根據(jù)規(guī)劃出來 的軌跡生成符合機床配置要求的NC代碼，對代碼進(jìn)行編輯，對NC代碼進(jìn)行加 工仿真。所述自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序具體包括下列步驟通過加載CAD 數(shù)據(jù)，識別、抽取、記錄和分析零件制造特征，在獲取完整零件加工輪廓后，根 據(jù)用戶選擇的加工方式即粗車、精車或粗精車，分別生成對應(yīng)加工工序；(O粗 車加工工序的步驟是，首先確定零件外表面粗車輪廓，然后分別確定粗車輪廓中 端面切削范圍、最外層外圓切削輪廓、以及凹陷輪廓；在加工順序上，首先車端 面，既而對外圓切削輪廓進(jìn)行刀具干涉檢査，確定可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪 廓，然后對可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓實施粗車，然后車凹陷部分，再對凹 陷輪廓中的未加工完部分實施區(qū)域及清根補粗車，然后粗車外輪廓槽及螺紋、鉆 孔、鏜孔，最后加工內(nèi)輪廓中的槽和螺紋；(2)精車加工工序的工作步驟是，首 先得到外表面精車輪廓，進(jìn)行刀具干涉檢查后，按序進(jìn)行外輪廓精車、內(nèi)輪廓精 車、精車槽、精車螺紋；(3)完整加工工序的工作步驟是，確定零件外表面粗車 輪廓，然后分別確定粗車輪廓中的端面切削范圍、最外層外圓切削輪廓、以及凹 陷輪廓；在加工順序上，首先車端面，既而對外圓切削輪廓進(jìn)行刀具干涉檢査， 確定可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓，然后對可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓實 施粗車，先車凹陷部分，再對凹陷輪廓未加工完的部分實施區(qū)域及清根補粗車，并精車外輪廓，然后實施清根精車；再按序進(jìn)行粗車外輪廓槽、精車外輪廓槽、 粗車螺紋、精車螺紋、鉆孔、鏜孔、車內(nèi)輪廓槽、車內(nèi)輪廓螺紋；在獲取輪廓， 按照某種順序，生成對應(yīng)工序時，將生成的各工序以鏈表形式存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中； 該工藝鏈表中的各個可輸出鏈表項記錄了對應(yīng)被加工表面、實施加工類型、工藝 裝備，以及包括加工方法、加工余量、切削行距、主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向等在內(nèi)的主要 工藝信息。所述輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序具體包括下列歩驟首先 獲取用戶指定加工輪廓的起點，即首個加工面的右端點，并補全該起點前的加工 輪廓，然后將該部分加工輪廓，包括首個加工面，存儲在鏈表當(dāng)中；如果用戶所 指定加工輪廓，包括首個加工面、最后一個加工面和這兩者之間的其它加工面均 為連續(xù)表面，則直接存儲加工面信息；若存在下列三種情況中的任意一種即(1) 首個加工面與下一個加工面不連續(xù)；(2)最后一個加工面與前一個加工面不連續(xù)； (3)首個加工面與最后一個加工面之間(不包括首個加工面、最后一個加工面) 存在非連續(xù)加工面，則算法首先獲取前后加工面之間的零件輪廓特征，然后根據(jù) "局部最高點"一次性生成新的、完整的加工輪廓，最后將新的補全后的加工輪 廓及其加工面信息存儲在鏈表中，新的連續(xù)加工輪廓生成后系統(tǒng)將針對新輪廓實 施冗余點、局部重復(fù)線去除并得到一個不但是連續(xù)的、與毛坯之間呈閉合關(guān)系且 系統(tǒng)能夠進(jìn)行識別、處理，并以此為基礎(chǔ)實施自動軌跡規(guī)劃的完整加工輪廓。所述自動-輔助相結(jié)合的混合編程程序具體包括下列步驟主要判別零件當(dāng) 前內(nèi)、外輪廓是否與系統(tǒng)初始化后輸入的最終零件的輪廓一致，如果不一致，則 自動獲取未加工區(qū)域輪廓，并生成該區(qū)域補加工或清根補加工工序，確定零件加 工完全后，系統(tǒng)將結(jié)合用戶輸入刀具和切削參數(shù)以及系統(tǒng)決策結(jié)果，形成完整的 工序鏈表，并將其導(dǎo)入輔助編輯程序。圖形化交互式數(shù)控車削自動編程系統(tǒng)，其特征是包括CAD數(shù)據(jù)讀入模塊， 它為用戶提供工程圖文數(shù)據(jù)接口 ，所述CAD數(shù)據(jù)讀入模塊包括負(fù)責(zé)加載和解析 CAD數(shù)據(jù)的CAD數(shù)據(jù)解析模塊，用戶可以通過信息錄入和圖形修正模塊錄入零 件尺寸、表面粗糙度、修改零件幾何信息，CAD數(shù)據(jù)被負(fù)責(zé)CAD數(shù)據(jù)可視化的 用戶顯示模塊接受；所述CAD數(shù)據(jù)讀入模塊分別與自動編程模塊、輔助編程模 塊和混合編程模塊相連，所述自動編程模塊包括加工參數(shù)訂制模塊和切削參數(shù)訂 制模塊，加工參數(shù)訂制模塊為用戶提供制訂數(shù)控加工工藝方案的用戶接口和多種 制訂模式，用戶可使用該模塊定義包括工件坐標(biāo)系、進(jìn)退刀面等參數(shù)在內(nèi)的加工 參數(shù)，切削參數(shù)訂制模塊為粗、精車加工工藝定義包括切削用量在內(nèi)的切削參數(shù); 所述輔助編程模塊包括工步方案排定模塊和工步方案編輯模塊，所述工步方案排定模塊為用戶編排數(shù)控加工工藝提供用戶接口，工步方案編輯模塊提供用戶用于 修改上述加工工藝的用戶接口；所述混合編程模塊包括加工參數(shù)訂制模塊、切削 參數(shù)訂制模塊和工步方案編輯模塊，用戶借助加工參數(shù)訂制模塊設(shè)置加工參數(shù)， 根據(jù)切削參數(shù)訂制模塊提供的接口，為粗、精車工序定義切削參數(shù)，系統(tǒng)自動輸 出按加工順序排列的各工步即完整工步列表，工步方案編輯模塊提供用于修改上 述工步列表的用戶接口；自動編程模塊、輔助編程模塊和混合編程模塊分別與自 動軌跡模塊相連，自動軌跡規(guī)劃模塊為技術(shù)實現(xiàn)的核心功能模塊，根據(jù)擬訂工藝 方案生成帶進(jìn)退刀軌跡的優(yōu)化刀具進(jìn)給路線，所述自動軌跡規(guī)劃模塊包括軌跡解 算和優(yōu)化模塊、軌跡顯示模塊，所述軌跡解算和優(yōu)化模塊根據(jù)零件制造特征或用 戶排定的工步方案自動實施軌跡規(guī)劃，軌跡規(guī)劃的結(jié)果由軌跡顯示模塊輸出至圖 象顯示區(qū)域；自動軌跡規(guī)劃模塊與NC代碼生成模塊相連，NC代碼生成模塊包 括G、 M代碼生成模塊和后置處理模塊，所述G、 M代碼生成模塊根據(jù)軌跡規(guī) 劃的結(jié)果即輸出的軌跡鏈表，結(jié)合用戶指定的切削參數(shù)自動生成符合IS06983 的G、 M代碼，生成的代碼送入后置處理模塊將其轉(zhuǎn)換為機床控制器可以識別、 符合指定機床配置的代碼；NC代碼生成模塊與車削過程仿真模塊相連，車削過 程仿真模塊包括環(huán)境構(gòu)建模塊和虛擬仿真模塊，車削仿真模塊對生成的NC代碼進(jìn)行仿真校驗，環(huán)境構(gòu)建模塊渲染環(huán)境搭建，虛擬仿真模塊提供用戶以2D或3D 模式對加工過程進(jìn)行可視化的接口 。本發(fā)明的效果是本發(fā)明的第一部分是跨平臺圖形化交互式數(shù)控車削自動編 程系統(tǒng)的所使用的開發(fā)技術(shù)。它支持并可以將圖形化交互式數(shù)控車削自動編程系 統(tǒng)集成到在不同平臺上運行的數(shù)控系統(tǒng)中去，也可以使其作為獨立運行的離線數(shù) 控編程系統(tǒng)。基于QT, OpenGL， ANSI 0++開發(fā)的主程序及動態(tài)鏈接庫可以在 Window 98/2000/NT/XP， Linux， RT Linux上運行。本發(fā)明的第二部分是圖形化、交互式快速數(shù)控加工工藝規(guī)劃的支持方法。它 用于支持包含多種模式的數(shù)控加工工藝制訂，并給用戶提供數(shù)據(jù)接口，通過在屏 幕上顯示CAD圖紙，采用熱區(qū)響應(yīng)支持用戶選擇加工面和加工順序，采用表格 方式記載并支持用戶對工藝鏈表進(jìn)行修改，形成一整套創(chuàng)新的數(shù)控加工工藝制訂流程。本方法包括的步驟由用戶選擇模式，該模式?jīng)Q定了數(shù)控加工工藝制訂及 編程的方式；系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的模式選擇信息，提供給用戶相應(yīng)的圖形用戶接 口、參數(shù)設(shè)置選項和輸入界面，再由用戶根據(jù)系統(tǒng)提示、以及提供的接口實施數(shù) 控加工工藝規(guī)劃。本發(fā)明的第三部分是根據(jù)所述本發(fā)明第二部分的配套軌跡規(guī)劃方法。該方法 包括對零件幾何位置信息的處理，粗加工輪廓計算，最外層切削輪廓的計算以及系統(tǒng)軌跡規(guī)劃方法等。零件幾何位置信息的處理可進(jìn)行有用CAD數(shù)據(jù)識別，包 括能夠識別帶有完整信息的回轉(zhuǎn)體類圖形，完整信息指在零件圖上包括中心線， 標(biāo)注，基準(zhǔn)面，公差，粗糙度，輪廓，剖面線等。能夠去除干擾，識別完整圖形 中的輪廓，并且進(jìn)一步識別實際標(biāo)注和粗糙度，最終研究提取出各個面對應(yīng)的尺 寸和粗糙度；目前，零件幾何位置信息的處理采用"逆時針最小夾角法"識別零 件的外輪廓，在使用該方法前，零件幾何位置信息的處理還包括對讀入零件數(shù)據(jù) 的預(yù)處理，即清除輪廓外的其它信息，并識別各個圖元是否屬于零件輪廓圖的一 部分，剔除粗糙度和其它干擾線；此外，零件幾何位置信息的處理還包括對提取 出的零件輪廓所包含的各圖元的排序。粗加工輪廓計算所采用的主要方法是在加 工面上留出一定余量，在具體求解粗加工輪廓時，通過每兩個零件輪廓實體求出 其交點，把這些交點按照一定規(guī)則連接起來形成連續(xù)加工輪廓。粗加工輪廓計算 得到的是整個零件的最終粗加工軌跡，它通常是經(jīng)過多個粗加工工序得到的最終 軌跡。對于最常見的加工形式，往往先進(jìn)行大余量外圓切削。所以，在粗加工外 輪廓的基礎(chǔ)上，還需要由最外層切削輪廓的計算方法求出最外層切削輪廓，該方 法針對大余量切削中無法加工的零件外緣凹陷部分進(jìn)行識別并跳過凹陷部分，對 于跳過的凹陷部分，系統(tǒng)將記錄下來以待后續(xù)自動實施區(qū)域補加工。軌跡規(guī)劃方 法適用于粗、精加工，該方法主要解算各切削位置和上述切削輪廓的交點，系統(tǒng) 確定哪個實體和切削位置有交點后，求出所需各對交點，各對交點的連線即為切 削軌跡。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。


圖1是本發(fā)明工作流程圖，表示本發(fā)明的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方 法的設(shè)計工作流程；圖2是圖1中所示自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法的算法說明；圖3是圖1中所示輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法的算法說明；圖4是圖1中所示自動-輔助相結(jié)合的混合編程方法的算法說明；圖5是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；圖6是一張系統(tǒng)功能圖，示出了本發(fā)明的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程系 統(tǒng)的實施例；圖7示出了包含在圖5中所示CAD直接數(shù)據(jù)接口的例子；圖8示出了包含在圖5中所示定義加工模式、加工參數(shù)和切削參數(shù)的例子；圖9示出了應(yīng)用自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法生成加工軌跡的例子；圖IO示出了包含在圖5中所示制訂數(shù)控加工工藝方案的例子； 圖11示出了包含在圖9中所示定義加工工步的例子；圖12示出了應(yīng)用輔助工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法生成加工軌跡的例子； 圖13示出了自動-輔助相結(jié)合的混合編程方法中，系統(tǒng)自動提取并向用戶顯 示工步列表的例子；圖14示出了由用戶修改包含在圖12中工步列表，規(guī)劃新加工工藝的例子；圖15示出了應(yīng)用自動-輔助相結(jié)合的混合編程方法生成加工軌跡的例子；圖16示出了編輯NC代碼的例子；圖17示出了代碼仿真的例子；圖18示出了系統(tǒng)的外部硬件環(huán)境的運行機理。
具體實施方式
具體實施方式
部分分成兩個部分，第一部分示出本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖及工作流程、自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法、輔助/半自動工序規(guī)劃、 軌跡生成及編程方法以及自動-輔助相結(jié)合的混合編程方法實施時系統(tǒng)采用的具 體算法。第二部分為本發(fā)明的具體界面介紹。第一部分圖1示出了本發(fā)明的圖形化交互式數(shù)控車削自動控制方法的總體流程圖。如 圖1所表示，首先進(jìn)入系統(tǒng)，在步驟1中對機床和刀具參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，由步驟2讀入毛坯和零件圖，通過(1) CAD數(shù)據(jù)存儲規(guī)范；(2) CAD圖文的幾 何對稱及封閉性原則判斷并去除包括尺寸標(biāo)注信息、粗糙度等與輪廓無關(guān)的各類 冗余信息，并通過CAD圖文數(shù)據(jù)中各圖元之間的幾何拓?fù)潢P(guān)系判斷圖文是否準(zhǔn) 確在CAD零件圖文中，任意兩圖元間存在交集，則該兩圖元間存在斷點；若 任意兩個圖元之間不存在交集，則CAD零件圖形中不存在斷點；在CAD零件 圖文中，若相鄰兩圖元間相交但不連續(xù)，則兩圖元間存在越界；若任意兩個相鄰 圖元間不存在上述非連續(xù)情形，則CAD零件圖形中不存在越界；若CAD零件 圖文中無上述斷點和越界情形，則CAD零件圖文正確。步驟3通過采用圖形熱 區(qū)響應(yīng)技術(shù)，使圖形具有實時交互功能，能夠修正零件加工表面的信息，包括加 工表面類型，準(zhǔn)確的幾何信息，表面粗糙度等。自動程序4、輔助程序5及混合 編程單元6共享以上部分設(shè)置。接下來，由用戶根據(jù)應(yīng)用場合及加工要求確定是 進(jìn)行自動編程、輔助編程還是混合編程。如果用戶選擇自動編程，則系統(tǒng)進(jìn)入自 動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程單元4。當(dāng)然用戶也可以選擇進(jìn)入輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程單元5。進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程單元4后， 首先在7、 8、 9單元中分別設(shè)置好工件坐標(biāo)系、退刀面和安全距離。由用戶通過 IO選擇進(jìn)行粗，精還是完整加工。如果選擇進(jìn)行粗加工，則通過用戶接口 11， 12， 13， 14， 15分別設(shè)置一組組合加工刀具，通用余量，通用切深，通用進(jìn)給 量和切削速度。如果是只進(jìn)行精加工，則通過用戶接口 16， 17， 18， 19分別設(shè) 置精加工組合刀具，切深，進(jìn)給量和切削速度。若用戶選擇包含粗、精的完整加 工，那么需要分別設(shè)置粗精加工信息。當(dāng)這些信息都設(shè)置完成以后，進(jìn)入20進(jìn) 行軌跡規(guī)劃。當(dāng)進(jìn)入輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程單元5，也需要通 過用戶接口7， 8， 9設(shè)置工件坐標(biāo)系，退刀面和安全距離。與自動工序規(guī)劃、軌 跡生成及編程單元4不同，這里的加工順序、加工方法都由工藝人員借助用戶接 口21決定，能夠加工形狀更加復(fù)雜，類型更加豐富的零件。用戶設(shè)定所需工步， 在設(shè)定每一個工步時，需要選取當(dāng)前工步對應(yīng)的加工表面，刀具，進(jìn)退刀方式設(shè) 置，主軸轉(zhuǎn)向；對加工表面同時或分別設(shè)置加工余量，切削深度，進(jìn)給量，切削 速度等。在所有工步設(shè)定完畢后，進(jìn)入20進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在混合編程模式6下， 系統(tǒng)用戶首先進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程單元4，在完成單元4的工作 后，系統(tǒng)輸出工序列表至輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程單元5，用戶 可以此為模版進(jìn)行輔助工藝規(guī)劃即針對工步列表中各工步及加工工藝信息進(jìn)行 修改，系統(tǒng)可根據(jù)工藝人員的修改結(jié)果直接由單元20實施軌跡規(guī)劃。單元20 及以下部分為自動單元4和輔助單元5共享，具體內(nèi)容為單元20為生成刀具 路徑、單元22為NC編程、單元23為軌跡顯示、單元24為代碼編輯、單元25 為單元仿真。軌跡規(guī)劃成功后，由單元23顯示出規(guī)劃的軌跡。在此以前，單元 22已根據(jù)規(guī)劃出來的軌跡生成符合機床配置要求的NC代碼，用戶可借助單元 24對代碼進(jìn)行編輯。最后由25對NC代碼進(jìn)行加工仿真。圖2示出了圖1中單元4所采用的自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法的 算法說明。在圖示算法中，系統(tǒng)通過加載CAD數(shù)據(jù)，識別、抽取、記錄和分析 零件制造特征，在獲取完整零件加工輪廓后，根據(jù)用戶選擇的加工方式即粗車、 精車或粗精車，分別生成對應(yīng)加工工序第一，粗車加工工序訂制算法的主要思 想是，首先確定零件外表面粗車輪廓，然后分別確定粗車輪廓中端面切削范圍、 最外層外圓切削輪廓、以及凹陷輪廓；在加工順序上，首先車端面，既而對外圓 切削輪廓進(jìn)行刀具干涉檢查，確定可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓，然后對可實 施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓實施粗車，然后車凹陷部分，再對凹陷輪廓中的未加工完部分實施區(qū)域及清根補粗車，然后粗車外輪廓槽及螺紋、鉆孔、鏜孔，最后 加工內(nèi)輪廓中的槽和螺紋；第二，精車加工工序訂制算法的主要思想是，首先得到外表面精車輪廓，進(jìn)行刀具干涉檢查后，按序進(jìn)行外輪廓精車、內(nèi)輪廓精車、 精車槽、精車螺紋；第三，完整加工工序訂制算法的主要思想是，確定零件外表 面粗車輪廓，然后分別確定粗車輪廓中的端面切削范圍、最外層外圓切削輪廓、 以及凹陷輪廓；在加工順序上，首先車端面，既而對外圓切削輪廓進(jìn)行刀具干涉 檢查，確定可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓，然后對可實施粗車的單調(diào)遞增外圓 輪廓實施粗車，先車凹陷部分，再對凹陷輪廓未加工完的部分實施區(qū)域及清根補 粗車，并精車外輪廓，然后實施清根精車；再按序進(jìn)行粗車外輪廓槽、精車外輪 廓槽、粗車螺紋、精車螺紋、鉆孔、鏜孔、車內(nèi)輪廓槽、車內(nèi)輪廓螺紋。在"獲 取輪廓，按照數(shù)控車削典型加工工藝順序，生成對應(yīng)工序"時，系統(tǒng)已將生成的 各工序以鏈表形式存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中；該工藝鏈表中的各個可輸出鏈表項記錄了 對應(yīng)被加工表面、實施加工類型、工藝裝備，以及包括加工方法、加工余量、切 削行距、主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向等在內(nèi)的主要工藝信息。圖2所示自動工序規(guī)劃、軌跡 生成及編程方案可實現(xiàn)對應(yīng)工步切換的自動換刀。創(chuàng)新的"刀具組合"的概念是 實施上述自動換刀的前提，即系統(tǒng)初始化并加載CAD數(shù)據(jù)后，由用戶使用系統(tǒng) 內(nèi)建刀具表(刀具表由數(shù)據(jù)行組成，記錄刀具類型，刀具幾何參數(shù)以及刀座號等 信息)確定加工所需所有刀具并填寫刀座號；完成"獲取輪廓，按照某種順序， 生成對應(yīng)工序"后，生成加工軌跡和NC代碼前，系統(tǒng)以刀座號為主鍵遍歷系統(tǒng) 內(nèi)建刀具表，通過比較刀具表中各數(shù)據(jù)行所記錄的刀具類型、刀具幾何參數(shù)等信 息，以及各鏈表項對應(yīng)工序或工步中加工面的加工類型、加工方式及幾何信息， 為工藝鏈表中各鏈表項對應(yīng)工序或工步確定合適的刀具，并將決策結(jié)果記錄到對 應(yīng)鏈表項中。圖3示出了圖1中單元5所釆用的輔助工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法的 算法說明。該算法首先獲取加工輪廓起點，即首個加工面的右端點，并通過首個 加工面與右端面求交來解算起點前的輪廓，或通過先求取首個加工面右端點與右 端面之間區(qū)域(含首個加工面右端點)的局部最高點，然后通過半矩形橋式跨越 線連接首個加工面延長線與零件右端面交點、局部最高點，以及局部最高點、首 個加工面右端點，形成起點前加工輪廓，然后將起點前加工輪廓(包括首個加工 面)存儲在鏈表當(dāng)中。然后進(jìn)一步分析用戶所選擇的最后一個加工面右端點、首 個加工面左端點之間的零件輪廓(注零件右端面編號為1,編號以逆時針方向為 序)，并判斷該輪廓中各相鄰實體的位置關(guān)系，如果相鄰實體均連續(xù)，則直接存 儲最后一個加工面右端點之前的零件輪廓信息；若不連續(xù)，則針對不連續(xù)的加工 面，尋找中間空白區(qū)域?qū)?yīng)的當(dāng)前零件輪廓，并通過對該部分零件輪廓幾何位置 信息的分析，求解對應(yīng)局部最高點，通過半矩形橋式跨越線分別連接不連續(xù)加工面中右側(cè)加工面的終點、最高點，以及最高點、左側(cè)加工面的起點，從而構(gòu)建最 后一個加工面右端點之前的所有加工輪廓。，此時，新的加工輪廓范圍跨越指定 加工輪廓中首個加工面右端點前的零件輪廓、指定加工輪廓中首個加工面左端點 與最后一個加工面右端點之間的連續(xù)表面或非連續(xù)面(當(dāng)然包括首末加工面)，因 此，根據(jù)圖示算法循環(huán)，系統(tǒng)進(jìn)入左支即獲取整個加工輪廓終點后，即用戶選擇 的最后一個加工面的左端點，并補全最后一個加工面的左端點至毛坯之間的加 工輪廓，最后與前述起點前加工輪廓、最后一個加工面右端點之前的所有加工輪 廓共同組成新的、完整的加工輪廓，該加工輪廓及所有加工面將以鏈表形式存儲 在系統(tǒng)內(nèi)存中。如圖3，新的連續(xù)加工輪廓生成后系統(tǒng)將針對新輪廓實施冗余點、 局部重復(fù)線去除并得到一個不但是連續(xù)的、與毛坯之間呈閉合關(guān)系且系統(tǒng)能夠進(jìn) 行識別、處理，并以此為基礎(chǔ)實施自動軌跡規(guī)劃的完整的、正確的加工輪廓。圖4示出了圖1中單元6所采用的自動-輔助相結(jié)合的混合編程方法的算法 說明。該算法中，"是否加工完全"主要通過遍歷、比較零件當(dāng)前內(nèi)、外輪廓及 最終零件的CAD圖文數(shù)據(jù)即各圖元的幾何信息，判別零件當(dāng)前內(nèi)、外輪廓是否 與系統(tǒng)初始化后輸入的最終零件的輪廓一致如果零件當(dāng)前內(nèi)、外輪廓的各個圖 元與最終零件中各對應(yīng)圖元的類型(直線、圓弧還是其它方程曲線)、以及幾何 參數(shù)(起點、終點、弧度等)均一致，則輪廓一致；反之則說明不一致，如果不 一致，則根據(jù)上述比對結(jié)果可自動獲取未加工區(qū)域輪廓和形態(tài)，并生成相應(yīng)的該 區(qū)域補加工或清根補加工工序。確定零件加工完全后，系統(tǒng)將結(jié)合用戶輸入(刀 具和切削參數(shù))以及系統(tǒng)決策結(jié)果(自動選刀)，形成完整的工序鏈表，并將其導(dǎo)入 輔助編輯模塊。第二部分為本發(fā)明的具體實施例，參照隨后的副圖6-18進(jìn)行解釋，圖中數(shù) 字標(biāo)號均屬圖6-18:圖6給出了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，如圖6所示，根據(jù)該優(yōu)選例圖形化交 互式車削自動編程系統(tǒng)包括圖形顯示部分1，它為CAD數(shù)據(jù)、工藝規(guī)劃及軌跡 規(guī)劃提供可視化用戶接口。圖形化交互式車削自動編程系統(tǒng)也包括編程工具部分 2， 2中提供直接CAD數(shù)據(jù)接口 5，它負(fù)責(zé)讀取零件毛坯和最終形狀圖紙；工藝 規(guī)劃用戶接口6，用于實現(xiàn)自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法中的加工和切削 參數(shù)設(shè)置；自動軌跡規(guī)劃接口7，負(fù)責(zé)實現(xiàn)自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法 中的刀具路徑規(guī)劃；工步編輯用戶接口8，負(fù)責(zé)實現(xiàn)輔助工序規(guī)劃、軌跡生成及 編程方法中的數(shù)控加工工藝規(guī)劃，包括工步制訂和排序，切削參數(shù)訂制等；代碼 生成用戶接口9，負(fù)責(zé)根據(jù)刀位數(shù)據(jù)源文件以及機床配置信息生成NC代碼；編 輯工件程序接口 IO則提供用戶以修改指定NC代碼的功能；軌跡仿真接口 11則負(fù)責(zé)將知指定NC代碼段解析后送入渲染通道，進(jìn)行代碼的仿真和校驗。圖形化 交互式車削自動編程系統(tǒng)也包括笛卡爾坐標(biāo)系部分3，信息提示窗口部分4。接 口 12則負(fù)責(zé)結(jié)束當(dāng)前進(jìn)程，并釋放占用的系統(tǒng)內(nèi)存，退回至操作系統(tǒng)主界面。 在圖7的系統(tǒng)工具欄17上，顯示了 CAD零件中某加工面(以紅線標(biāo)注) 的具體位置信息。圖形顯示部分l中所示外框為毛坯圖，該毛坯圖由讀取毛坯接 口13加載；圖形顯示部分l中標(biāo)注了表面順序號的內(nèi)框為零件圖，由讀取零件 接口 14加載；輸入欄18及其他類似輸入欄負(fù)責(zé)用戶事件響應(yīng)并記錄用戶輸入， 系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入刷新圖形顯示部分1中所顯示圖形；數(shù)據(jù)修正部分15則負(fù)責(zé) 修改零件中的直線、圓弧段、表面粗糙度等信息，并對螺紋等項進(jìn)行設(shè)置。向后 18則負(fù)責(zé)將當(dāng)前用戶界面回退至圖6所示界面。圖6中工藝規(guī)劃用戶接口 6的啟用將使系統(tǒng)進(jìn)入圖8.a示出的界面。圖8.a 中提供了全局參數(shù)用戶接口 19，粗車設(shè)置用戶接口 20，精車設(shè)置用戶接口 21 以及系統(tǒng)工具欄23。退出22則負(fù)責(zé)將當(dāng)前用戶界面回退至圖6所示界面。其中 系統(tǒng)工具欄23根據(jù)用戶在19、 20、 21之間切換情況，更新工具欄自身內(nèi)容，提 供不同的下一級用戶接口切換到19時，見圖8.b編程工具部分2轉(zhuǎn)至包括工 件坐標(biāo)系24、進(jìn)退刀面25、安全距離26、組合刀具27在內(nèi)界面。系統(tǒng)工具欄 29當(dāng)前顯示為工件坐標(biāo)系24接口被啟用時的狀態(tài)，系統(tǒng)工具欄29的內(nèi)容即提 供的用戶接口根據(jù)用戶在24、 25、 26、 27之間切換情況，自動更新系統(tǒng)工具欄 29能夠提供的下一級用戶接口。退出28負(fù)責(zé)將當(dāng)前用戶界面回退至圖8.a所示 界面；切換到20時上述內(nèi)容中，系統(tǒng)工具欄17又被標(biāo)注為23、 29、 38、 46，代表系統(tǒng)工具欄 在不同情形下所能夠提供的不同的加工參數(shù)設(shè)置接口。圖9示出了自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法生成加工軌跡的例子。完整 的刀具路徑顯示在圖形顯示部分1中。圖形顯示部分1中的圖像內(nèi)容在用戶啟用 讀取毛坯13、讀取零件14后被系統(tǒng)清除。圖6中CAD數(shù)據(jù)接口 5的啟用加載了毛坯和最終零件圖，在加載完CAD數(shù) 據(jù)后，啟用工步編輯用戶接口8，系統(tǒng)將提供用于實現(xiàn)輔助工序規(guī)劃、軌跡生成 及編程方法中工藝規(guī)劃的用戶接口。如圖10，圖形顯示部分1被工藝鏈表表單 47所取代，該表單被系統(tǒng)初始化后已包含一個默認(rèn)列表項，該默認(rèn)列表項以高 亮(藍(lán)色區(qū)域)顯示，增加工序接口48將向表單47插入新的默認(rèn)列表項，刪除 工序接口49將刪除表單47中用戶通過鼠標(biāo)點選的、以高亮顯示的列表項；編輯 工序接口 50則調(diào)入圖11所顯示界面；軌跡預(yù)覽接口 51負(fù)責(zé)實現(xiàn)輔助工序規(guī)劃、 軌跡生成及編程方法中加工軌跡的生成、顯示。退出52負(fù)責(zé)將當(dāng)前用戶界面回退至圖ll.C示出的界面。圖ll.a示出了包含在圖10中所示定義加工工步的例子。被定義的加工工步 為圖10中表單47被初始化后已有的默認(rèn)列表項。除非車加工中心不支持鼠標(biāo)點 選否則用戶可以通過鼠標(biāo)為當(dāng)前工步點選加工面，如圖11中圖形顯示部分l， 被選中的加工面序號為2、 3、 4，以紅色高亮顯示；若車加工中心不支持鼠標(biāo)等 外部設(shè)備，則加工面和方式用戶接口 54的啟用將刷新系統(tǒng)工具欄62并提供用于 輸入加工面序號的輸入框；輸入框的形式與圖11中系統(tǒng)工具欄62顯示內(nèi)容中用 于輸入切削余量和切削行距的輸入框一致；圖11中當(dāng)前系統(tǒng)工具欄62為用戶啟 用余量和切深接口 55后的內(nèi)容；系統(tǒng)工具欄62的內(nèi)容即提供的接口隨用戶在加 工面和方式接口54、余量和切深接口55、進(jìn)給量接口56、可編程進(jìn)給倍率57、 主軸轉(zhuǎn)向接口 58、切削速度接口 59、快速進(jìn)退刀接口 60之間切換而提供不同的 下一級用戶接口。向后61則負(fù)責(zé)將當(dāng)前用戶界面回退至圖ll.b示出的界面。圖 形顯示部分1著重顯示了輔助工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法中系統(tǒng)針對已有工 步實施軌跡規(guī)劃的結(jié)果，為了便于區(qū)分，可將該顯示方式定義為顯示方式A;定義 一個零件的完整加工工藝通常需要定義多個工步，然后實施軌跡規(guī)劃。不同于圖 11，圖12中表單47是一個包含了 5個表單項即相同數(shù)目工步的表單，該表單是 通過用戶多次啟用增加工序接口 48、編輯工序接口 50后生成的完整工藝鏈表表 單；不同于方式A，用戶通過啟用軌跡軌跡預(yù)覽接口 51激活并跳出一個用于顯 示軌跡的活動窗口63，該窗口可通過確定64關(guān)閉。圖12中，活動窗口63顯示 的加工軌跡并未加工完全部零件，這是由于用戶選擇的刀具類型不能滿足加工完 整零件的要求-系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇的刀具及其參數(shù)進(jìn)行刀具干涉檢查，決定加工 區(qū)域；對于未加工部分，類似的，用戶可通過啟用增加工序接口 48，選擇未加 工區(qū)域?qū)?yīng)的加工面，通過啟用編輯工序接口 50向表單47中添加并定義新的針 對未加工區(qū)域的表單項，最終實現(xiàn)零件的完整加工。圖9示出了應(yīng)用自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程方法生成的加工軌跡。啟用 工步編輯接口 8，該加工軌跡對應(yīng)加工工藝輸出至工藝鏈表表單64。用戶可啟用 刪除工序接口 49刪除圖13中以高亮顯示的列表項，而后啟用添加工序接口 48 添加新工步并形成新的工藝鏈表表單65。新工步即新的表單項以高亮顯示。啟 用編輯工序接口 50定義以高亮顯示的表單項并形成最終的工藝鏈表表單66。啟 用軌跡預(yù)覽接口 51，可激活活動窗口 63并顯示新的加工軌跡，如圖15。圖16示出了編輯NC代碼的例子。代碼顯示區(qū)域67顯示NC代碼內(nèi)容，所 顯示的代碼段通過文件接口 68選擇，編輯接口 69、査找接口 70、查找下一個接口71、語法檢測并重新編號借口 72提供用戶編輯代碼、定位地址字及語法檢測 等功能；退出73負(fù)責(zé)退出當(dāng)前用戶界面。圖17示出了代碼仿真的例子。仿真區(qū)74顯示仿真過程，文字欄85則示出 了當(dāng)前仿真的代碼段名稱。啟用連續(xù)方式接口 75或單段方式接口 76決定代碼仿 真為多段連續(xù)方式或單段方式。測試開始接口 77和測試停止接口 78負(fù)責(zé)仿真起 停。G00進(jìn)給速度接口 79調(diào)節(jié)仿真過程中虛擬刀具的進(jìn)給速度。持續(xù)時間接口 81顯示當(dāng)前仿真時間，位置接口顯示仿真中三坐標(biāo)位置信息，NC程序段接口 84則顯示當(dāng)前仿真程序段和后兩行程序段內(nèi)容，進(jìn)給接口 86以進(jìn)度條形式給出 當(dāng)前進(jìn)給速度，圖像內(nèi)容控制欄83集成了控制仿真區(qū)74顯示內(nèi)容的工具。在上述實施例中，圖形化交互式車削自動控制系統(tǒng)的硬件環(huán)境，如圖18所 示，包括外部設(shè)備鼠標(biāo)87、外部設(shè)備鍵盤88、軟盤驅(qū)動器89、光盤驅(qū)動器90、 處理器91、內(nèi)存緩沖區(qū)92、硬盤93、 CNC控制器94，它們均連接到系統(tǒng)總線 95上。直接從CAD數(shù)據(jù)接口 5讀取的CAD數(shù)據(jù)由軟盤驅(qū)動器89或光盤驅(qū)動器 90提供；用戶和系統(tǒng)的所有交互行為通過外部設(shè)備鼠標(biāo)87或外部設(shè)備鍵盤88 完成；CAD數(shù)據(jù)、用戶輸入數(shù)據(jù)及用戶決策通過處理器生成的NC程序段被記 錄介質(zhì)比如硬盤93保存；數(shù)控系統(tǒng)可實時的將NC程序段從硬盤93中調(diào)入內(nèi)存 緩沖區(qū)92，程序段再通過系統(tǒng)總線95被發(fā)送到CNC控制器94，實施多坐標(biāo)的 插補和運動控制。
權(quán)利要求
1、圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法，其特征是包括下列步驟----讀入毛坯和零件圖，去除冗余信息，并判斷圖形是否準(zhǔn)確；-----使圖形具有實時交互功能，能夠修正零件加工表面的信息，包括加工表面類型，準(zhǔn)確的幾何信息，表面粗糙度；------根據(jù)用戶選擇確定是進(jìn)行自動編程、輔助編程還是混合編程；------如果用戶選擇自動編程，則系統(tǒng)進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序，進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序后，首先分別設(shè)置好工件坐標(biāo)系、退刀面和安全距離；由用戶選擇進(jìn)行粗，精還是完整加工，如果選擇進(jìn)行粗加工，則通過用戶接口分別設(shè)置一組組合加工刀具，通用余量，通用切深，通用進(jìn)給量和切削速度；如果是只進(jìn)行精加工，則通過用戶接口分別設(shè)置精加工組合刀具，切深，進(jìn)給量和切削速度；若用戶選擇包含粗、精的完整加工，那么需要分別設(shè)置粗精加工信息；當(dāng)這些信息都設(shè)置完成以后，進(jìn)入進(jìn)行軌跡規(guī)劃程序；----當(dāng)進(jìn)入輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序，通過用戶接口設(shè)置工件坐標(biāo)系，退刀面和安全距離；用戶設(shè)定所需工步，在設(shè)定每一個工步時，需要選取當(dāng)前工步對應(yīng)的加工表面，刀具，進(jìn)退刀方式設(shè)置，主軸轉(zhuǎn)向；對加工表面同時或分別設(shè)置加工余量，切削深度，進(jìn)給量，切削速度，在所有工步設(shè)定完畢后，進(jìn)入進(jìn)行軌跡規(guī)劃程序；-----當(dāng)進(jìn)入混合編程程序后，首先進(jìn)入自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序，在完成自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序后，系統(tǒng)輸出工序列表至輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序，系統(tǒng)可根據(jù)工藝人員的修改結(jié)果直接由生成刀具路徑程序?qū)嵤┸壽E規(guī)劃，軌跡規(guī)劃成功后，顯示規(guī)劃的軌跡；根據(jù)規(guī)劃出來的軌跡生成符合機床配置要求的NC代碼，對代碼進(jìn)行編輯，對NC代碼進(jìn)行加工仿真。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法，其特征是 所述自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序具體包括下列步驟通過加載CAD數(shù)據(jù)，識別、抽取、記錄和分析零件制造特征，在獲取完整零件加工輪廓后，根據(jù)用戶選擇的加工方式即粗車、精車或粗精車，分別生成對應(yīng)加工工序；(l)粗車 加工工序的步驟是，首先確定零件外表面粗車輪廓，然后分別確定粗車輪廓中端 面切削范圍、最外層外圓切削輪廓、以及凹陷輪廓；在加工順序上，首先車端面， 既而對外圓切削輪廓進(jìn)行刀具干涉檢査，確定可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓， 然后對可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓實施粗車，然后車凹陷部分，再對凹陷輪廓中的未加工完部分實施區(qū)域及清根補粗車，然后粗車外輪廓槽及螺紋、鉆孔、 鏜孔，最后加工內(nèi)輪廓中的槽和螺紋；(2)精車加工工序的工作步驟是，首先得 到外表面精車輪廓，進(jìn)行刀具干涉檢查后，按序進(jìn)行外輪廓精車、內(nèi)輪廓精車、 精車槽、精車螺紋；G)完整加工工序的工作步驟是，確定零件外表面粗車輪廓， 然后分別確定粗車輪廓中的端面切削范圍、最外層外圓切削輪廓、以及凹陷輪廓； 在加工順序上，首先車端面，既而對外圓切削輪廓進(jìn)行刀具干涉檢査，確定可實 施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓，然后對可實施粗車的單調(diào)遞增外圓輪廓實施粗車， 先車凹陷部分，再對凹陷輪廓未加工完的部分實施區(qū)域及清根補粗車，并精車外 輪廓，然后實施清根精車；再按序進(jìn)行粗車外輪廓槽、精車外輪廓槽、粗車螺紋、 精車螺紋、鉆孔、鏜孔、車內(nèi)輪廓槽、車內(nèi)輪廓螺紋；在獲取輪廓，按照某種順 序，生成對應(yīng)工序時，將生成的各工序以鏈表形式存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中；該工藝鏈 表中的各個可輸出鏈表項記錄了對應(yīng)被加工表面、實施加工類型、工藝裝備，以 及包括加工方法、加工余量、切削行距、主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向等在內(nèi)的主要工藝信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法，其特 征是所述輔助/半自動工序規(guī)劃、軌跡生成及編程程序具體包括下列步驟首先 獲取用戶所選擇的加工輪廓的起點，即首個加工面的右端點，并補全該起點前的 加工輪廓，然后將該部分加工輪廓，包括首個加工面，存儲在鏈表當(dāng)中；如果用 戶所選擇的加工輪廓，包括首個加工面、最后一個加工面和兩者之間的其它加工 面是連續(xù)表面，則直接存儲加工面信息；若存在下列三種情況中的任意一種即(1)首個加工面與下一個加工面不連續(xù)；(2)最后一個加工面與前一個加工面 不連續(xù)；(3)首個加工面與最后一個加工面之間(不包括首個加工面、最后一個 加工面)存在非連續(xù)加工面，則算法首先獲取前后加工面之間的零件輪廓特征， 然后根據(jù)局部最高點一次性生成新的、完整的加工輪廓，最后將新的補全后的加 工輪廓及其加工面信息存儲在鏈表中，新的連續(xù)加工輪廓生成后系統(tǒng)將針對新輪 廓實施冗余點、局部重復(fù)線去除并得到一個不但是連續(xù)的、與毛坯之間呈閉合關(guān) 系且系統(tǒng)能夠進(jìn)行識別、處理，并以此為基礎(chǔ)實施自動軌跡規(guī)劃的完整加工輪廓。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法，其特征是 所述自動-輔助相結(jié)合的混合編程程序具體包括下列步驟主要判別零件當(dāng)前內(nèi)、 外輪廓是否與系統(tǒng)初始化后輸入的最終零件的輪廓一致，如果不一致，則自動獲 取未加工區(qū)域輪廓，并生成該區(qū)域補加工或清根補加工工序，確定零件加工完全 后，系統(tǒng)將結(jié)合用戶輸入刀具和切削參數(shù)以及系統(tǒng)決策結(jié)果，形成完整的工序鏈 表，并將其導(dǎo)入輔助編輯程序。
5、 圖形化交互式數(shù)控車削自動控制系統(tǒng)，其特征是包括CAD數(shù)據(jù)讀入模塊，它為用戶提供工程圖文數(shù)據(jù)接口，所述CAD數(shù)據(jù)讀入模塊包括負(fù)責(zé)加載和 解析CAD數(shù)據(jù)的CAD數(shù)據(jù)解析模塊，用戶可以通過信息錄入和圖形修正模塊 錄入零件尺寸、表面粗糙度、修改零件幾何信息，CAD數(shù)據(jù)被負(fù)責(zé)CAD數(shù)據(jù)可 視化的用戶顯示模塊接受；所述CAD數(shù)據(jù)讀入模塊分別與自動編程模塊、輔助 編程模塊和混合編程模塊相連，所述自動編程模塊包括加工參數(shù)訂制模塊和切削 參數(shù)訂制模塊，加工參數(shù)訂制模塊為用戶提供制訂數(shù)控加工工藝方案的用戶接口 和多種制訂模式，用戶可使用該模塊定義包括工件坐標(biāo)系、進(jìn)退刀面等參數(shù)在內(nèi) 的加工參數(shù)，切削參數(shù)訂制模塊為粗、精車加工工藝定義包括切削用量在內(nèi)的切 削參數(shù)；所述輔助編程模塊包括工步方案排定模塊和工步方案編輯模塊，所述工 步方案排定模塊為用戶初步編排數(shù)控加工工藝提供用戶接口 ，工步方案編輯模塊 提供用戶用于修改上述加工工藝的用戶接口；所述混合編程模塊包括加工參數(shù)訂 制模塊、切削參數(shù)訂制模塊和工步方案編輯模塊，用戶借助加工參數(shù)訂制模塊設(shè) 置加工參數(shù)，根據(jù)切削參數(shù)訂制模塊提供的接口，為粗、精車工序定義切削參數(shù)， 系統(tǒng)自動輸出按加工順序排列的各工步即完整工步列表，工步方案編輯模塊提供 用于修改上述工步列表的用戶接口；自動編程模塊、輔助編程模塊和混合編程模 塊分別與自動軌跡模塊相連，自動軌跡規(guī)劃模塊為技術(shù)實現(xiàn)的核心功能模塊，根 據(jù)擬訂工藝方案生成帶進(jìn)退刀軌跡的優(yōu)化刀具進(jìn)給路線，所述自動軌跡規(guī)劃模塊 包括軌跡解算和優(yōu)化模塊、軌跡顯示模塊，所述軌跡解算和優(yōu)化模塊根據(jù)零件制 造特征或用戶排定的工步方案自動實施軌跡規(guī)劃，軌跡規(guī)劃的結(jié)果由軌跡顯示模 塊輸出至圖象顯示區(qū)域；自動軌跡規(guī)劃模塊與NC代碼生成模塊相連，NC代碼 生成模塊包括G、 M代碼生成模塊和后置處理模塊，所述G、 M代碼生成模塊 根據(jù)軌跡規(guī)劃的結(jié)果即輸出的軌跡鏈表，結(jié)合用戶指定的切削參數(shù)自動生成符合 IS06983的G、 M代碼，生成的代碼送入后置處理模塊將其轉(zhuǎn)換為機床控制器可 以識別、符合指定機床配置的代碼；NC代碼生成模塊與車削過程仿真模塊相連， 車削過程仿真模塊包括環(huán)境構(gòu)建模塊和虛擬仿真模塊，車削仿真模塊對生成的 NC代碼進(jìn)行仿真校驗，環(huán)境構(gòu)建模塊渲染環(huán)境搭建，虛擬仿真模塊提供用戶以 2D或3D模式對加工過程進(jìn)行可視化的接口 。
全文摘要
能夠提高編程效率及NC代碼質(zhì)量、促進(jìn)快速產(chǎn)品過程實現(xiàn)(RPPR)和集成化產(chǎn)品開發(fā)(IPPD)過程的圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法及系統(tǒng)。技術(shù)方案是圖形化交互式數(shù)控車削自動編程方法，其特征是包括下列步驟讀入毛坯和零件圖，去除冗余信息，并判斷圖形是否準(zhǔn)確；使圖形具有實時交互功能，能夠修正零件加工表面的信息，包括加工表面類型，準(zhǔn)確的幾何信息，表面粗糙度；根據(jù)用戶選擇確定是進(jìn)行自動編程、輔助編程還是混合編程來執(zhí)行相應(yīng)的系統(tǒng)功能模塊。圖形化交互式數(shù)控車削自動控制系統(tǒng)，其特征是包括CAD數(shù)據(jù)讀入模塊，CAD數(shù)據(jù)讀入模塊分別與自動編程模塊、輔助編程模塊和混合編程模塊相連，自動編程模塊、輔助編程模塊和混合編程模塊分別與自動軌跡規(guī)劃模塊相連，自動軌跡規(guī)劃模塊與NC代碼生成模塊相連。
文檔編號G05B19/4097GK101334657SQ20071017997
公開日2008年12月31日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者葉佩青, 輝 張, 王沛慶, 亮 謝, 彤 趙, 錢學(xué)雷 申請人:清華大學(xué)