石材數控加工的自動(dòng)編程論文

　　【摘要】本文針對石材加工的特殊工藝，研究了回轉體石材的粗加工和半精加工自動(dòng)編程技術(shù)，并基于此開(kāi)發(fā)了回轉體石材數控加工的計算機輔助編程軟件，同時(shí)集成了加工過(guò)程仿真模塊，能夠驗證NC代碼的正確性，大大提高了數控編程的效率和質(zhì)量。

　　【關(guān)鍵詞】石材加工；數控加工；自動(dòng)編程；加工仿真

　　石材是一種典型的硬度高、脆性大的難加工材料，可加工性十分特殊[1]。當今世界各國石材加工企業(yè)廣泛采用數控技術(shù)，以提高加工能力和加工水平，增強對市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)響應[2-3]。本文針對石材加工的特性，研究石材數控加工NC代碼的自動(dòng)生成技術(shù)，并開(kāi)發(fā)相應自動(dòng)編程軟件。

　　1加工工藝分析

　　與一般的金屬切削加工相比，石材有著(zhù)高強度、高硬度和脆性大的特性，而且一般石材加工余量比較大。這些特點(diǎn)決定了石材的加工工藝與金屬加工工藝存在差異，石材加工工具以金剛石工具為主[6]。石材產(chǎn)品多用于建筑業(yè)和裝飾業(yè)，對于加工精度的要求并不像金屬加工那樣嚴格，本文針對回轉體石材（石球、石柱）的粗加工過(guò)程和半精加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)編程技術(shù)的研究。本文加工工藝是控制刀具在機床的軸平面內走一條二維曲線(xiàn)（石材型面的母線(xiàn)），同時(shí)機床工作臺旋轉，從而獲得回轉型面。整個(gè)加工過(guò)程包括：（1）鋸片粗加工，毛坯切片；（2）將多余的片狀石片去除；（3）砂輪半精加工，磨削粗加工后的表面；（4）獲得成品。加工過(guò)程如圖1所示。粗加工工藝采用鋸片加工[4]�？紤]到鋸片厚度較小，如果多余的部分全用鋸片切除，勢必會(huì )增加加工時(shí)間、降低效率，且加劇磨損，降低鋸片的使用壽命。而且石材是一種脆性材料，粗加工后的片狀部分容易斷裂去除。在半精加工階段主要的任務(wù)是為最后的拋光做準備。經(jīng)粗加工后的石材表面呈一些階梯形狀，這是由于將粗加工殘留切片去除后所形成的。半精加工是利用砂輪磨削，沿著(zhù)外型面的母線(xiàn)輪廓將多余的部分去除。

　　2總體方案設計

　　本文使用C++Builder2010作為開(kāi)發(fā)工具，在WindowsXP以上操作軟件可運行�？紤]到石球、石柱是軸對稱(chēng)的幾何體，用二維模型就可以進(jìn)行詳盡描述，本文采用體素法來(lái)描述加工對象，將待加工石材的外型面分解為常見(jiàn)的幾何要素，然后通過(guò)人機交互界面輸入幾何信息，軟件功能包括：（1）加工工藝參數的添加、修改和刪除功能，設定常用石料的默認加工工藝參數；（2）自動(dòng)生成石柱、石球、石座、石帽等回轉體的粗加工，半精加工的NC代碼，加工直徑范圍200～2000mm；（3）能夠進(jìn)行加工過(guò)程的模擬仿真，對NC代碼進(jìn)行驗證；（4）允許打印輸出，屏幕顯示NC代碼，并以文本格式輸出；（5）有完備的幫助功能。軟件流程如圖2所示。

　　3主要功能模塊

　　3.1工件信息和刀具參數輸入

　　一般石柱上各段形狀都是各不像同的，其中最為常見(jiàn)的是一些回轉體，它們主要是由一條母線(xiàn)沿著(zhù)其圓導線(xiàn)生成的。所以將石柱進(jìn)行分段處理，各段只有單一的體素，然后采用體素法進(jìn)行石柱幾何形狀的描述[5]�；�本體素主要包括：圓柱體、錐體、鼓形體、鞍形體等。工藝信息輸入提供了一個(gè)交互式用戶(hù)界面來(lái)輸入刀具參數、工藝參數等工藝信息，并通過(guò)工藝決策自動(dòng)確定加工過(guò)程，形成工藝信息文件。在用戶(hù)輸入工藝信息并確認完成以后，軟件自動(dòng)由石材頂部開(kāi)始顯示各段體素的輸入窗體，供人機交互輸入各體素幾何參數，軟件自動(dòng)累計體素數目。各基本體素都提供出錯處理部分，供人機交互修改。最終軟件會(huì )自動(dòng)生成結構示意圖并進(jìn)行圖紙顯示，校核石材型面信息正確性。

　　3.2自動(dòng)生成NC代碼

　　軟件采用石柱分段的方法，將石柱分成只有一種曲線(xiàn)構成的形狀。在進(jìn)行NC代碼生成、圖形顯示和加工模擬時(shí)用各自相應的程序分別進(jìn)行處理。采用這種分段處理的方法時(shí)，石柱各段都有其各自的形狀特征，在石材及刀具信息輸入模塊，用戶(hù)在人機交互界面輸入的信息儲存在程序設定的幾個(gè)形狀特征數組中：（1）兩個(gè)數組來(lái)儲存石柱各段首尾坐標參數，兩個(gè)數組X[]Y[]，X[i]Y[i]和X[i+1]Y[i+1]分別儲存石柱母線(xiàn)各段首尾坐標值。（2）一個(gè)數組儲存石柱各段的形狀參數，數組A[]儲存石柱各段的形狀參數：直線(xiàn)段時(shí)，數組賦值-1；凹圓弧段時(shí)，數組賦值0；凸圓弧段時(shí)，數組賦值1。（3）一個(gè)數組儲存石柱各段的半徑值，數組R[]儲存石柱各段的半徑。如果是直線(xiàn)線(xiàn)段（即形狀參數為-1）時(shí)，則數組取默認值0。粗加工代碼生成部分的程序流程為：切入、停留（保證石柱自轉一圈）、退出、鋸片走一個(gè)步長(cháng)。粗加工NC代碼的生成就是這個(gè)流程的循環(huán)。而半精加工NC代碼的生成無(wú)需像粗加工那樣計算母線(xiàn)上的節點(diǎn)，只需將每段輪廓的形狀和尺寸參數輸入，然后依據數控編程原則編程。

　　3.3加工過(guò)程仿真

　　本軟件的加工仿真的優(yōu)勢在于，不占用機床的使用時(shí)間，在自動(dòng)編程的同時(shí)采用計算機來(lái)模擬NC代碼可以大大提高數控設備的使用率。通過(guò)對NC代碼字符串進(jìn)行分析，依據不同的G功能字將程序段劃分子段；然后根據程序子段提取各段石柱的特征，把其值賦給軟件中定義的幾個(gè)形狀特征數組；最后根據各個(gè)數組提供的形狀參數重生成零件圖，并以圖形方式進(jìn)行加工過(guò)程仿真。

　　4總結

　�。�1）本軟件以回轉體石材為主要加工對象，能對石材二維異型曲面的鋸切粗加工和砂輪磨削半精加工進(jìn)行自動(dòng)數控編程。根據設計要求，加工石柱的最大直徑范圍200～2000mm，主界面如圖3所示。（2）本軟件在輸入石材幾何信息時(shí)采用體素法描述，通過(guò)人機交互界面與操作者進(jìn)行互動(dòng)。（3）軟件能對自動(dòng)生成的NC代碼進(jìn)行加工過(guò)程的模擬仿真，也可以對外部導入的NC代碼進(jìn)行仿真。NC代碼輸出如圖4所示。

　　【參考文獻】

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