复杂曲面多功能集成系统的设计与开发

万方数据
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・ 设计与研究 ・
组合机床与自动化加工技术 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
一的数据库系统， 软件用面向对象的 , ZZ 高级程序语言编制， 硬件由通用工业 B, 机及采用总线通讯的的专用运动控制器等
［%］ 构成 。
国家自然科学基金资助项目 （#&&(#"")） ； 沈阳市科技攻关项目 （!""*!!+ $ "+ $ "*） !基金项目： ， 女， 辽宁朝阳人， 沈阳工业大学副教授， 天津大学博士研究生， 主要研究方向为 ,-. / ,-0、 复杂曲面数控加工技术和 作者简介： 孙兴伟 （*&)" $ ） 数字化制造等， （ 1 $ 2345） 王太勇， 男， 天津大学博士生导师， 研究方向为动态测试、 数控技术等。 678948:;< *!’ = >?2；
螺旋曲面数控加工集成系统主要包括界面集成、 数据集成 和算法集成， 系统可在同一界面下完成程序管理、 螺旋曲面零件 的型线设计与计算、 刀具轨迹生成、 螺旋槽铣床数控加工、 手动 操作等功能， 用户可以在这些功能间任意切换， 无需退出系统即 可完成螺杆零件的设计、 加工轨迹生成和数控加工控制的整个 过程。在本集成系统中， !"#、 !"$、 !%! 三个模块之间不是以 文件的形式相互传输数据信息， 而是利用数据库有效地联系起 来， 从而实现了螺旋曲面数控加工过程中数据的集成， 为三个模 块间数据信息完整、 可靠和有效地传输提供了保证。 在计算机辅助几何设计中， 螺旋曲面可采用 &’()’* 或 & + ［0］ 螺旋曲面造 ,-.)/’ 等方式来描述 。在本系统的 !"# 模块中， 型采用三次样条插值法完成型面的建模与光顺处理， 将结果数 据存入 !"# #& 中。 !"$ 模块定义其切削条件和加工方式， 生 成刀具加工轨迹， 然后进行精度分析、 干涉判定和加工过程动态 仿真， 最后形成数控加工程序， 传递给 !%! 模块， 完成螺旋曲面 的铣削加工。集成系统的软件框图如图 1 所示。 %194 < 4 7 421 ! 1 7 440 = :44 %:44 < 4 7 1>> ! : 7 691 = 194 777777 该数控加工程序由加工控制模块传输给运动控制器， 由驱 动执行机构控制螺旋槽铣床根据 !"# ? !"$ 模块生成的 %! 程 序代码完成螺旋曲面的连续加工。
左旋， 导程 32455， 大径 641 7 455， 小径 80 7 455， 盘铣刀直径为 刀尖角为 :2;， 刀尖圆弧半径为 6 7 155。 19455， 由该集成系统的主界面进入螺旋曲面型线设计与计算模 块， 输入这些已知的参数数据后， 利用空间啮合理论、 曲线拟合 方法等进行数据点的计算， 完成螺杆型面的几何建模与光顺处 理， 将结果数据存入数据库中。数控加工轨迹生成模块从数据 库中调出相应的数据， 生成刀具加工轨迹， 并进行精度分析、 干 涉判定和加工过程动态仿真， 最后形成如下形式的 %! 加工程 序： 777777 %144 < + 6 7 :98 ! 6 7 29: = 114 %164 < + 6 7 1>: ! 6 7 808 = 1:4 %114 < + 6 7 693 ! 1 7 4:0 = 104 %1:4 < + 6 7 428 ! 1 7 1>> = 124 %104 < + 4 7 >88 ! 1 7 038 = 134 %124 < + 4 7 812 ! 1 7 881 = 184 %134 < + 4 7 21: ! : 7 41: = 1>4 %184 < + 4 7 1>> ! : 7 691 = 194 %1>4 < + 4 7 421 ! 1 7 440 = :44
广泛应用于石油、 化工、 军工、 机械、 轻工等国民经济的各个重要 工业领域， 其关键零件复杂螺旋曲面螺杆的形状各异， 表面成形 原理复杂， 加工过程难度大， 精度和表面质量要求高， 因此其制 造技术已逐步形成了机械制造业领域中的一个新兴技术领域。 沈阳工业大学专用数控机床开发中心多年来一直从事复杂螺旋 曲面数控加工技术的研究， 并针对各式螺旋曲面复杂的特性， 自 行开发了具有螺旋曲面型线设计与计算、 数控加工轨迹生成和 加工过程控制等多种功能的螺旋槽数控铣床专用集成数控系 统。该集成系统有效地利用了现代计算机软硬件最新发展的技
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结束语
在普通的工业控制系统中， 用 C& 实现 AD! 和上位机的通
讯以及实时数据的采集、 实时曲线的显示还是简便易行的。另 外， 查询和打印等功能。笔 C& 与数据库还可完成数据的存储、 者将此法应用于某气密性检测设备的监控系统中， 已成功运行。 ［参考文献］ ［6］郭宗仁， 吴亦锋， 郭永 7 可编程控制器应用系统设计及通信 网络技术 ［$］ 人民邮电出版社， 7 北京： 1441 7 ［1］刘定晟， 杨俊， 蒋迪清 7 用 C)(EF.&F()G 实现测控软件中的实时 曲线和历史曲线 ［ @］ （0） ： 7 工业控制计算机， 1446， 60 :1 H :2 7 ［:］江永富， 廖晓梅 7 AD! 上位机监控软件的开发 ［ @］ 7 微机应用 与自动控制， 144:， 19： 02 H 08 7 ［0］余松， 赵忠堂， 甘川 7 用 C)(EF.&F()G 实现上位机和 AD! 的通 讯 ［ @］ （:） ： 7 电气传动， 6999 06 H 0: 7 ［2］赵闻蕾， 付维胜 7 利用 C&3 7 4 实现 A! 机和 AD! 的串行通信 ［ @］ （6） ： 7 微计算机信息， 1440， 14 :0 H :2 7 ［3］范逸之 7 CI,J"D &"I,I! 与 K,1:1 串行通信控制 ［ $］ 7 北京： 中国青年出版社， 1444， >L （编辑 李秀敏）
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结束语
随着信息技术和集成 化 技 术 的 飞 速 发 展， !"# ? !"$ ? !%!
［2］ 。复杂螺旋曲面已 集成化已成为现代机械制造业发展的主流
成为一个高技术的新兴制造业， 该数控加工集成系统解决了螺 旋曲面数控加工过程中的关键技术问题， 推动了螺旋曲面加工 及其应用行业的发展， 其应用领域不仅局限于目前的应用行业， 还可以扩展到更多的专用数控机床和特殊功能数控机床上， 促 进企业信息化、 集成化水平的进一步提高。 ［参考文献］ ［6］王正兵， 任思 7 开放式体系结构—数控系统发展的潮流 ［ @］ 7 制造技术与机床， （6） 1441 7 ［1］孙兴伟， 王丽花 7 基于动态链接库的数控系统 ［ @］ 7 沈阳工业 大学学报 ， （0） ： 1440 013 + 01> 7 ［:］王可， 陈欣， 付玉升， 孙兴伟 7 螺旋曲面数控包络铣削方法及 其集成控制系统 ［A］ 申请号 1440644>1>21 7 3， 7 中国： 1440 7 ［0］王隆太 7 机械 !"# ? !"$ 技术 ［ $］ 机械工业出版社， 7 北京： 1441 7 ［2］刘亚 东， 李 从 心， 阮 雪 榆， 等 7 应 用 高 速 切 削 技 术 的 !"# ? ［ @］ （2） !"$ ? !%! 集成系统研究 7 机械设计与制造，1444 7
・ 设计与研究 ・ ?==@ 年第 A 期 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
图1
集成系统的设计流程图
（编辑
江复）
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集成系统的应用实例
以某型螺杆为例， 其输入的基本参数数据有： 螺杆为 2 头，