数控五轴工具磨床操作软件系统设计

数控五轴工具磨床操作

软件系统设计

Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

数控工具磨床操作软件系统设计

目录

1 课题主要研究内容

课题主要研究内容为界面设计、刀位轨迹曲线、仿真调试。已经完成了界面设计的工作，完成了部分工序的刀具轨迹生成，并对这些工序的刀具轨迹G代码进行了仿真，仿真结果正确。

界面设计

根据操作界面设计原则和大多数操作者使用右手操作的习惯设计界面布局。利用VC++进行软件的界面设计，软件的功能包括主界面、用户管理、刀具设计、刀具参数、砂轮组设计管理、工序设计、工艺设计、公共参数、砂轮设置、转速设置等。

本软件为数控工具磨床操作软件，会涉及到大量的参数设定，也就会产生大量的数据，这样就需要对这些数据进行管理。其中大部分的数据选择Access进行管理，少部分数据由.xml文件进行管理，全面的数据管理，确保软件的智能性和加工的精准性。

刀位轨迹曲线

用matlab计算各工序对应的刀具轨迹点，然后利用VC++与matlab联合编程的方法，在界面中输入参数，激发matlab程序对应生成工序的刀具轨迹点，刀具轨迹点保存成G代码的形式，可直接用于机床加工。

仿真

将生成的各工序的G代码，用vericut软件进行仿真，可以查看刀具轨迹是否正确，也便于用户操作、调试，及时发现错误，避免不必要的损失，使软件更加智能。

2 研究工作及结果

课题主要研究内容为界面设计、刀具轨迹、仿真调试。目前已经完成了界面设计的工作，完成了部分工序的刀具轨迹生成，并对这些工序的刀具轨迹G代码进行了仿真，仿真结果正确。下面将详细介绍已完成的研究工作及结果。

界面设计

数控工具磨床操作软件利用VC++进行软件的界面设计，软件的功能包括主界面、用户管理、刀具设计、刀具参数、砂轮组设计管理、工序设计、工艺设计、公共参

数、砂轮设置、转速设置等。界面设计工作还涉及到数据管理，下面对各功能的设计工作进行详细介绍。

主界面

根据操作界面设计原则和大多数操作者使用右手操作的习惯设计界面布局。主界面是运行软件后为用户呈现的第一个界面，要求其具有友好性，展现出尽可能多的功能按钮，具有功能齐全的菜单栏和工具栏，还有显示当前操作工序的提示栏以及显示当前状态的状态栏。

（1）菜单菜单的内容包括：“用户管理”、“文件”、“设计”、“编辑”、“设置”、“帮助”。

用户管理：为了提高信息安全系数，防止他人对操作者的工艺设计进行篡改，设计了用户管理功能，与一般的用户管理功能一样包含：用户登入、登出、锁定、修改密码、用户管理、使用记录。用户的登录名和密码由Access2003数据库管理。

文件：可以打开一个新的工艺文件。

设计：包含刀具设计、工艺设计、工艺参数设计、刀具工程，通过菜单提供的设计项，可以打开道具设计界面、工艺设计界面、工艺参数设计界面和刀具工程界面。

（2）工具栏工具条的作用是提供一些主要、常用功能的快捷操作入口，包括：“新刀具”、“编辑”、“工艺”、“砂轮组”、“帮助”。

新刀具：设计工艺之前，要设计刀具，首先要选择刀具的类型，例如立铣刀、球头铣刀、钻头等，然后选择刀具材料，还要选择直径、刃长公共参数等。

编辑：设计好的刀具如果想修改某项参数，可以点击工具条里的“编辑”项，打开刀具参数界面进行设计修改。

工艺：工艺设计是本系统的最主要的部分，用户在这里设计加工工艺，选择工序，选择砂轮，设定速度。也就是说加工过程就是在这里体现的。加工出刀具品质的好坏很大程度上决定与工艺的设计。点击“工艺”项可以打开工艺设计界面设计工艺。

砂轮组：砂轮组的设计也是本系统的一个主要部分，刀具的特定工序要由合适的砂轮来完成，所有工序要用到的砂轮类型安装在砂轮架上组成砂轮组，不同的工序选择对应的砂轮组的砂轮序号。可以将常用的砂轮组存储在数据库里，重复使用时直接调用即可，避免重复设计，节省时间。点击“砂轮组”项可以打开砂轮组设计管理界面。

帮助：本系统的相关操作教程可以作为帮助文件。点击“帮助”项可以帮助用户解决一些基本问题。

（3）提示栏提示栏的作用是显示当前操作的名称，提示操作者当前进行的步骤或当前进行的操作，为操作者提供方便，也可以避免错误操作。

（4）状态栏状态栏用于显示当前的登录用户及登陆时间。

图 主界面

刀具设计界面

设计工艺之前首先要确定所加工的刀具类型。这里可以选择定义新的刀具也可以选择使用以前定义好的刀具文件。如果要定义新的刀具，首先选择刀具材料、直径、齿数、刃长和刀具类型，通过点击“工件材料选择”按钮打开工件材料对话框，工件材料对话框提供材料的以下信息：材料名称、屈服强度/Mpa 和硬度，设定好之后点击确定，系统会自动打开刀具参数对话框，再继续进行刀具的详细设计。要使用已经定义好的刀具，点击“已存在的刀具定义”，然后点击“选择”，在存储的路径中找到刀具文件然后打开即可。设计完成之后点击确定会弹出刀具参数界面，进一步对刀具进行详细设计。

图 刀具设计界面

刀具参数界面

刀具初步设计之后还要设计刀具的详细参数，这就需要一个刀具参数界面。刀具参数界面的布局分为两大主要部分，左侧为帮助信息，右侧由“圆周齿参数”、“端齿参数”和“刀尖参数”三个属性页组成。

（1）帮助信息 包含两部分，上方是图片信息、下方是备注信息。帮助信息存储在Access2003数据库里，设置相应的参数时会对应的显示该参数的帮助信息。

（2）参数页 一共有三页，分别是“圆周齿参数”、“端齿参数”和“刀尖参数”，三者都是子对话框，然后将三个子对话框以属性页的方式显示在刀具参数界面上。 欢迎界面 工具栏 企业LOGO

菜单栏

状态栏

圆周齿参数：由基本参数、圆周齿、螺旋槽和角度组成。例如：刃部直径、齿数、刀具总长、刃长、材料、前角、后角、螺旋角、锥度和测量深度等。

端齿参数：由端齿类型、端刃、角度和齿隙组成。例如：端齿类型、前角、后角、蝶形角、测量深度、齿隙张角和齿隙间隙等。

刀尖参数：只有刀尖一部分，包括圆角半径、倒角宽度、倒角角度、前角和后角等参数。

图刀具参数界面

砂轮组设计界面

砂轮组的设计也是本系统的一个重要部分，刀具的特定工序要由合适的砂轮来完成，所有工序要用到的砂轮类型安装在砂轮架上组成砂轮组，不同的工序选择对应的砂轮组的砂轮序号。可以将常用的砂轮组存储在数据库里，重复使用时直接调用即可，避免重复设计，节省时间。

砂轮设计管理界面的布局：左上方是砂轮组的图形显示区，左下方是图形保存和砂轮组信息打印功能区，右上方是砂轮组的信息列表和功能按钮，右下方是砂轮安装功能区。

（1）砂轮安装功能区包括标准砂轮的参数、图示以及单选按钮，选择好合适的砂轮后要选择安装位置、安装距离对于非盘行砂轮来讲还要设置安装方向，点击安装即将砂轮成功安装在砂轮架上。所有砂轮安装好后，此砂轮组信息就会存储在数据库中供用户随时使用。

（2）功能按钮“新增”按钮会出现砂轮组编辑对话框，在这里填写砂轮组描述、工艺描述、试用刀具等信息，然后选择并安装砂轮即可组装成一个新的砂轮组；“编辑”按钮可以对选定的砂轮组进行编辑修改；“删除”按钮可以删除选定的砂轮组。

（3）砂轮组信息设计好的砂轮组会显示在砂轮组列表和砂轮组配置列表中，包括砂轮组描述、工艺描述、试用刀具、砂轮形状、砂轮参数、安装距离和安装方向。

（4）砂轮组的图形显示结合OPenGL实现砂轮组按比例显示在图形区，图形区提供标尺辅助用户进行操作，使用户的操作更直观、更方便。

（5）图形保存和打印功能图形保存的实现是通过代码获取砂轮组图形显示区并保存成位图文件，然后由Windows自带的画图程序将刚刚保存的位图文件自动打开。打印功能会将日期、所选择的砂轮组列表和砂轮组配置列表以及砂轮组的图形打印出来，便于存档。

图刀具参数界面

工序设计界面的布局由两大部分组成，左侧是供用户选择的工序列表，分别由探测操作、粗磨操作、精磨操作和辅助操作组成，右侧是操作顺序和功能按钮。

（1）探测操作列出了探测操作需要的一些常用工序，例如端面位置探测、多点定位探测、导程/螺旋角/剪切角探测、冷却液孔探测、外圆探测、剪切面探测和自动工件测量工序。

（2）粗磨操作列出了常用的粗磨操作工序，例如整体开槽、成型砂轮整体开槽、倒棱、外圆第2后角磨削、端面第2后角磨削、波浪成形齿后角磨削、外援铲背和圆柱凸刃铲背磨削工序。

（3）精磨操作列出了常用的精磨操作工序，例如外圆精磨、端面精磨、圆柱外圆磨削、端面切口、沟槽抛光、成型砂轮抛光和端面齿隙磨削工序。

（4）操作顺序和功能列表通过点击左侧列表中的操作工序，然后点击增加按钮，需要的工序就会按照点击的先后顺序排列在右侧操作顺序列表中。设计好的工序可以通过点击“上移”、“下移”按钮修改排列顺序，也可以通过点击“删除”按钮来删除某一项不需要的工序。

所有工序信息存储在Access2003数据库中进行管理，确定无误之后点击确定，设计好的工序会按顺序显示在工艺设计界面的工序信息区。

图刀具参数界面

工艺设计界面

工艺设计界面的布局按照左侧为帮助信息，中间为工序信息、右侧为所用的砂轮组的信息。为了满足不同用户的不同个操作习惯，工艺设计界面还提供刀具参数设计、工序设计、公共参数的入口。

（1）帮助信息包含两部分，上方是图片信息、下方是备注信息。帮助信息存储在Access2003数据库里，设置相应的参数时会对应的显示该参数的图示和备注。

图工艺设计界面

（2）工序信息图呈现出了加工直角立铣刀所需的工序，这些工序会显示在工艺设计界面中，不需要的工序可以点击工序按钮左侧的“√”按钮，变成“×”，就可以方便快捷地去掉多余的工序。要想实现准确的加工，还得对各工序的参数进行设定，点击相应的工序按钮进入相应的参数设置界面，进行参数设置。以“断面位置探测”为例。

图端面位置探测参数界面

（3）砂轮组选择使用之前安装好的砂轮组，需要通过砂轮组选择界面进行选择，此界面包含砂轮组描述信息以及砂轮组中各个砂轮的类型、尺寸等信息。

图砂轮组选择界面

公共参数界面的布局：左侧为帮助信息，右侧为参数信息。通过连接动态链接库的方式，连接公共参数界面对应的dll文件，显示公共参数界面。

（1）帮助信息由图示信息和备注信息组成。

（2）参数信息由公共外圆、外圆长度、导程、锥度等参数，重磨参数和一些单选按钮组成。

图公共参数界面

砂轮设置界面

不同的工序需要用到不同类型的砂轮，这就需要砂轮设置功能，可以对相应工序所使用的砂轮及砂轮组。例如“整体开槽”工序就要用到平行砂轮相应的选择砂轮组1、砂轮1。

图整体开槽对应的砂轮设置

转速设置界面

不同的工序对转速的要求不同，所以每一个工序都需要设置转速，以“前端面精磨”为例。

图前端面精磨对应的转速设置

本软件为数控工具磨床操作软件，会涉及到大量的参数设定，也就会大量的数据，这样就需要对这些数据进行管理。其中大部分的数据选择Access2003进行管理，少部分数据由.xml文件进行管理。公共参数和刀具参数由.xml文件进行管理，其余数据例如，用户信息、砂轮信息、砂轮组信息、工序信息、工序的参数信息以及帮助信息等均由Access2003管理。

刀位轨迹曲线

以直角立铣刀为例，选用matlab计算各工序对应的刀具轨迹点，然后利用VC++与matlab联合编程的方法，在界面中输入相应的参数，调用matlab先将刀具轨迹点以矩阵的形式输出到文本文件中，然后再由VC++将文本文件进行处理形成驱动机床运动的G代码。

本研究依据各种回转面刀具的共性，通过刀具螺旋面的几何建模、求解砂轮运动轨迹、砂轮运动参数的后处理等步骤来实现圆柱形螺旋刃铣刀的制造过程。

磨削加工工艺

进行了磨削方法分析、砂轮安装分析、螺旋槽的刃磨运动分析工作，并对立铣刀进行了建模，通过输入铣刀几何参数，用matlab软件计算，形成了刀刃曲线和刀位曲

线。按照一定的插补方法，应用VC++平台，将计算得到刀位轨迹曲线转换成了驱动机床运动的G代码。

已完成的轨迹计算

整体开槽、前端面精磨、外圆精磨、前端面切口，四个工序的到位轨迹曲线的计算，并生成了相应的G代码。以前端面切口为例。

图前端面切口G代码

仿真

将上述工作生成的G代码，导入到vericut软件中，进行仿真建模，观察并检测出生成的到位轨迹曲线是正确的。以前段面精磨为例。

图前端面精磨仿真图片