数控五轴工具磨床操作软件系统设计剖析

1、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 -.1 -1.1 界面设计 - 1 -1.2 刀位轨迹曲线 - 1 -1.3 仿真 - 1 -2 研究工作及结果 -.1 -2.1 界面设计 - 1 -2.1.1 主界面 -.2-2.1.2 刀具设计界面-.3-2.1.3 刀具参数界面-.4-2.1.4 砂轮组设计界面-.4-2.1.5 工序设计界面-.5-2.1.6 工艺设计界面-.6-2.1.7 公共参数界面-.82.1.8 砂轮设置界面-.9-2.1.9 转速设置界面-.9-2.1.10 数据管理 -.9-2.3 刀位轨迹曲线 - 10 -2.3.1 磨削加工工艺-.10-2.3.2

2、 已完成的轨迹计算-. 10-2.4 仿真 - 10 -3 后期拟完成的研究工作及进度安排错误！未定义书签。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。1.1 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+6.0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

3、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 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。分数据由 .xml 1.2 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。1.3 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

4、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。2.1 界面设计数控工具磨床操作软件利用 VC+6.0 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。- 1 -2.1.1 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

5、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

6、， 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

7、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

8、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。-2 -菜单栏LOGO企工具栏欢迎界面状态栏2.1-1主界面图2.1.2刀具设计界面这里可以选择定义新的刀具也可以选设计工 艺之前首先要确定所加工的刀具类型。 齿数、直径、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、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，工件材料对话和硬度，设定好之后点击 确定，系框提供材料的以下信息：材料名称、屈服强度 /Mpa要使用已经定义好 的刀具，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。，在存储的路径中找到刀具文件然后打开，然后点击“选择”

9、点击“已存在的刀具定义”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刀具设计界面 2.1-2图-3 -2.1.3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

10、属性页的方式显示在刀具 参数界面上。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。刀具参数界面2.1-3图2.1.4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

11、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-4 -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

12、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

13、来，便于存档。刀具参数界面 图2.1-42.1.5工序设计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-5 -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o(3)精磨操作列出了常用的精磨操作工序，例如外圆精磨、

14、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。名士定位天也2叫麻个船口冷鼻期 常如渍孔亮相。履况刚止)叶臼桓；f ，跆七咖n由腮 自勃工件M睡厂-中；轮兰炉1! W田显。同茶7后侑!&1

15、, #面等，后帝君存 尚熹眦舍后相碧阳91凸刃”生爵四调定 用措刀具参数界面 2.1-5图2.1.6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。-6 -(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 小和备注。工艺设计界面2.1-6图这些工序会显示2.1-5呈现出了加工直角立铳刀所需的工序， 图(2)工序信息,在工艺设计界面中，不需要的工序可以点击工序

16、按钮左侧的按钮，变成“ X ”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“断面位置探测”以点击相应的工序按钮进入相应的参数设置界面， 定，进行参数设置。为例。端面位置探测参数界面图 2.1-7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)砂轮组选择3(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。揖轮里选择砂轮组名称 W®砂轮组选择2T砂轮组配置秒轮篓蛙L 2 3 轮轮等 b-ky hr141 旬 FE-T10-H2G12VMi 5n-TN5H?n1179-I10-ri5-H70网港择砂轮组选择界面 2.1-8图 公

17、共参数界面 2.1.7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dll文件，显示公共参数界面。方式，连接公共参数界面对应的 由图示信息和备注信息组成。1）帮助信息（由公共外圆、外圆长度、导程、锥度等参数，重磨参数和一些）参数信息2（单选按钮组成。公共参数界面 图2.1-9- 8 -2.1.8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。磨”为例。整体开槽对应的砂轮设置图2.1-102.1.9转速设置界面不同的工序对转速的要求不同，所以每

18、一个工序都需要设置转速，以“前端面精前端面精磨对应的转速设置图2.1-112.1.10数据管理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，-9 -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。2.3刀位轨迹曲线以直角立铳刀为例，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铳刀的制造过程。2.3