一个外旋轮线专用的固定循环数控铣床

1、毕业设计( 论文) 外文资料翻译学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：崔涛学号：090501614外文出处： Robotics and Computer-IntegratedManufacturing 25 (2009) 73-80附件： 1. 外文资料翻译译文；2. 外文原文。指导教师评语：签名：年月日38附件 1：外文资料翻译译文科学指南一个外旋轮线专用的固定循环数控铣床Sotiris L. Omiroua, Andreas C. Nearchoub弗雷德里克大学机械工程系，尼科西亚，塞浦路斯，塞浦路斯希腊帕特雷大学工商管理系发表于 2006 年 9 月 20 日，修改更新从

2、2007 年 7 月 23 日到 2007 年 9 月 10 日 。摘要提出了一个加工外旋轮线边界的特定的铣床组策略， 该方法适用于被集成到一个控制器的数控铣床，对于旋转式内燃发动机（汪克尔），旋转活塞泵和一般外旋轮线形外壳的加工设计特别有用。方案可以提供较高的精度，其中铣机是通过利用数控插补算法实现的，表面质量控制，是通过粗加工和精加工来实现，整个加工任务可以被编程在一块。最后，该方法的有效性通过仿真试验验证所产生的刀具路径来实现。关键词：数控；程序加工；刀具路径生成；偏移曲线；外旋轮线1 介绍智能周期提供了一种数控机床来完成重复使用的G / M 代码语言的新的加工操作的编程方法。从本质上讲

3、，智能周期是一个指令被预先设定并永久存储的集机控制器。它们的使用，消除了许多编程的繁琐需要，减少了编程时间，并简化了整个编程过程。所有数控加工控制是智能的，这些固定循环可以执行一定的代码，输入任何所需的变量信息。钻，反钻，深孔钻或槽的加工是标准智能循环应用的例子。然而，标准智能循环在数量和能力有限，无法容纳复杂的几何形状的日益增加的应用需求。在加工一个外旋轮线构造特征的情况下，不能用标准智能循环处理。尽管有其重要的加工应用，现代数控系统仍缺乏类似的专用智能周期。型腔铣削材料取出一个封闭的边界内的平面工件表面到一个固定的深度（图 1）是一种常见的加工操作。长方形和圆形的型腔，是在现代的编程能力的

4、型腔里发现智能周期的标准类型的数控系统。文学与自动 CNC型腔加工最近从研究人员的兴趣增加。这种兴趣主要集中在它的岛屿（不被删除的材料）的型腔，型腔与自由形式的型材和两者的结合 2345 和 6 。这里考虑的情况下，不属于任何上述类型的型腔。现代数控39系统处理类似的情况，通过参数化编程技术，或使用CAD / CAM系统产生所需的刀具路径。然而，这两种解决方案提出了严重的缺点，因为两者使用分割技术来生成所需的刀具路径。因此，他们首先近似的一系列短段线和圆弧的边界曲线的几何形状，然后利用现有的直线和圆弧的运动命令开车沿着它们的偏移量工具。不可避免的是，这些议案的生成与浩繁的部分方案导致连续不断驾

5、驶造成的进给率的变化电机的加速度和减速，降低加工精度和加工时间需要更多。图 1 袖珍插图本文之后，目前的研究工程师打算采取现代化的硬件功能的数控系统的优势，提出了加工的型腔中指定的类型，它覆盖了现有方法的缺点实时插补。拟议的实时插补产生尽可能高的精度，其中原边界的连续偏移（型腔轮廓）铣机是能力。加工精度得到应用的轨迹跟踪的概念 7 ，为驾驶沿线的外旋轮线偏移的工具。在运动中产生的概念一般是适用 8910 。在本文中，它的应用是沿着偏移的外旋轮线在议案一代的背景说明。而不是用一个确切的解析表达式或偏移的分段解析逼近， 该方法使用分析的概念和定义的几何属性生成一个点上的轨迹（的外旋轮线的偏移量）的

6、继承，通过反复分析两个应用实施施工作业。这些行动旨在实现坐标增量步控制， 自动误差控制和沿切线最大提前。最后，该方法的特点是它的简单， 因为整个加工任务可以在一个单一的部分程序块编程。同样的，圆形或长方形的型腔编程， 用户指定的墙壁和地板的几 何形状的边界曲线 （外旋轮线），刀具半径，浸入深度，总深度和津贴整理在一个块。本文的其余部分组织如下： 第二节的外旋轮线曲线和其实际应用是一个简要说明第三演示，由相应的调整，加工指定外旋轮线型腔的轨迹跟踪概念的多功能性。部分分析提出沿刀具路径生成的轨迹跟踪方法抵消的外旋轮线。 第四节的共同作用下标题的实施40问题和模拟测试，包括刀具路径规划，仿真实例和新

7、的固定循环编程部分。最后，第五节总结本文的贡献，以制造过程。2。该外旋轮线的定义及应用。阿尔布雷希特在他的作品“测量教学用圆规和直边” （1525 年）第一次描述了外旋轮线曲线。他称曲线“蜘蛛线”是因为他用来构造曲线看起来像一个蜘蛛。实际上，一个外旋轮线是曲线追查的一点连接到一个圆的半径旋转外面的一个固定的圆的半径， 在点在距离小时从中心的外圆（图 2）。图 2 定义一个外旋轮线曲线一个外旋轮线的参数方程是：(1)其中的 t 参数变化范围在（ 0，2）。今天，外旋轮线中可以找到重要的机械部件如齿轮与转子齿廓，凸轮和外旋形式外壳旋转式内燃机的旋转活塞泵。对于最后一种情况下，外旋轮线曲线指出，偏心

8、轴的转子尖的痕迹后循环的路径。本文的主要目的是展示机外旋轮线形型腔，为上述发动机制造必要的操作的有效方法。然而，由于该方法是基于对驾驶能力沿的外旋轮线曲线的偏移刀具，它也可以被用于切割齿轮和凸轮与特定的配置文件。41关于外旋轮线形外壳，应该指出的是，并非所有形式的外旋轮线都可以使用各自的应用程序。边界曲线图3显示了一个六外旋轮线形例如 RR毫米和h=20 毫米， =10H= 0的情况下画出了一个圈， 这将使发动机将有一个1的压缩比。值从 0 到 10不等。它似乎也很清楚， H = 10 毫米的情况下是有用的，在尖会有相当大的磨损。获得的外旋轮线形 H R 是没有任何用处，因为他们没有形成适当的

9、型腔界限。最后，那些超过凹陷的曲线将不履行一个特定外壳的边界曲线的作用，因此，排除。在所有情况下，选择适当外旋轮线曲线，是在各自的房屋制造设计的重要方面 ; 然而，它是目前的工作范围之外。本文件的内容是提出一个加工外旋轮线形型腔，可旋转式内燃机和旋转活塞泵的外壳使用的方法。图 3 六转子半径 R=20毫米， r=10 毫米和可变 H 3。偏移追踪一个外旋轮线曲线一个准确的加工需要考虑型腔沿边界曲线的精确偏移刀具路径。 因为这是外旋轮线的曲线，我们的兴趣集中在议案一沿线的外旋轮线偏移。等距曲线的生成是一个基本的和众所周知的问题在 CAD / CAM和 CNC加工 111213 和14 。在本文中

10、，生成准确的外旋轮线沿偏移议案被视为 A 位点跟踪问题 7 。制定插值算法演示在此情况下的实际加工轨迹跟踪概念的多功能性和有效性。 该算法通过反复应用两个分析实施施工作业指导刀具中心，保持密切接触。在每次迭代中，候选集的步骤是代表的矢量表达式(2)42假设一个单位长度等于步长。一些可能的步骤，在每个点的数量是8（图 4）。最后结合不平等排除零为0 值的 dx，dy，这并不构成了一个步骤。图 4 一步选择过程和候选步骤最佳的步骤之一，其中最大的限度沿局部切tdp （图 4），而在同一时间，它满足了接近偏移标准。接近标准的实施，需要使用感应功能，在附近的PI 提供了一个衡量接近偏移。一个合适的感应

11、功能是来自固定的偏移距离属性(3a)p =( P- pi ) 2- d2=( X- xi ) 2+( Y- yi ) 2- d2,其中 d 是刀具半径。请注意，偏移量开始于9，同时增加绝对的距离从偏移量增加。因为选择是有限的这些规定的公式（ 2），固定距离属性不能应用在一个僵化的方式。因此，偏移量是用来作为一个微分接近措施。(3b)p=pXdX+pYdY=2( Xi - xi )d X+2( Yi - yi )d Y,可开发的影响，给每个候选量的位置误差的一个步骤。满足邻近要求，必须对偏移轨迹。在代数方面，它必须把偏移量的值趋于0。具体来说，它应该给p0并且如果 p0 或 p0,p0。因此，如

12、果是局部切向量，步骤的选择是制定作为一个约束优化问题43(4a)一个更明确的配方可通过引入均衡器。（2）和（ 3）和表达的局部切向量。为一个参数代表 0=u(t), y=v(t), Ti=u, v ,，所要解决的问题是(4b)这是一个整数规划问题中的变化素，dx，dy 值的设定 - 1， 0， 1 ，与补充的限制要求，至少有一个必须是非零的。一旦确定一个最佳的偏移量，在正常条件是由投掷一个正常的新点Pi+1=Pi+dP 上升到外旋轮线曲线，找到下一个点pi+1 。这一点是通过解决正规性条件计算的。(5a) T (Pi + p)= 0对于偏移通过牛顿迭代法, 利用 pi 开始迭代。对于一个参数化

13、表示方法中, 正常条件下(5b)ut)(Xi +1 u t)+vt)(Yi +1 v t)=0(- (- (利用 t=ti+1求出 ti，再利用 pi+1=u(ti+1), v(ti+1)求出新点 , 新t 可以活得用牛顿迭代公式(6)正常的条件用 ( 式 (5 b) 关系系数求得未知 dX, 进一步利用 ( 式(4 b) 求 dy, 可以被理解为一中系数之间的关系。 情绪智商。式 (5 b) 说明系数 u , ,v , 不能同时出现在式 4(b) 中。 而且 , 如果 dX系数 ( 是相同的符号 ,dy 系数必然有相反的符号 , 反之亦然。它被证实 15 (Papaioannou 和Kiri

14、tsis,1988),在二元整数规划问题具有此种结构、 最优解 ,从而可以获得一种简单的检查系数。一个流程图的实时偏移插值图5所示。44图5 流程图的实施插补的外旋轮线3.1 。 进给速度控制进给速度可以控制调节时间延迟相关的每一步。因为连续刀具接触点准确计算,其所需延迟时间的步骤得到解决(7)选择步进指令发出后， , 软件系统测量t 定时器中断时 , 所产生的延迟失效。中央处理器利用程序延迟计算下一步, 然后送到电动机中断服务程序(ISR) 。这个过程运作良好 , 与两个步骤和伺服电机。在第一例中, 那个命令被直接送到步进电动机的驱动, 而在伺服时上下计数器是通常用于每台电机积累的差异, 形

15、成了电机步的计数脉冲计数和反馈由各该编码器。这种差异, 代表了瞬时电动机位置误差, 是转化为模拟信号，并输入到电机驱动。4执行问题和模拟试验4.1偏移量生成试验验证方法的有效性和准确性,提出的偏移插值沿转子，代表外旋轮线曲线的选择。形式的这种曲线的定义是下列值的常系数。(8)45因此，参数方程（ 1）的外旋轮线的形式(9)与偏导数(10)图6显示一个测试偏移的具体外旋轮线产生的插补程序的基础上开发的流程图如图4所示。偏移显示对应的偏移距离20毫米。一个步骤的尺寸为 2毫米被指定的路径看清楚。图 7说明了位置误差（正常的距离偏移） ，作为一个功能的步数。基本上，它表明了自动误差限幅特性的轨迹跟踪

16、方法，后果的事实，在每个迭代步骤，选择矢量总是点到另一侧的偏移，就当前的位置。因此位置误差有界的 , 可以很容易的控制步长的大小。图6 测试一个外旋轮线偏移曲线46图7 . 规范的位置误差4.2刀具路径的描述和模拟测试第一阶段一般来说 , 数控铣床或加工中心配备合适的平底铣刀是适合系统里的加工。一个流行的加工方法去除型腔内的材料, 这也是目前采用的工作 ,是产生连续的工具偏移路径的原始边界称为轮廓加工 16 。偏置曲线之间的距离被称为, 必须让跨距小于直径的工具来避免没有加工位置。把型腔的深度，整个模式的刀具路径在一个水平层重复增加深度直到全部达到的深度。提出通过联合多种加工策略和一次精粗加工

17、在每个水平层。另外 , 通过底板加工提供了底部的型腔。在这一框架内，整个刀具路径加工转子型腔包括以下步骤（图 8）1这个工具是预先起始的位置 , 在远处的中心 P01以上的型腔里。2工具穿透工件在型腔中心和提出了第一个下跌的深度 (P02) 。3工具草拟出了型腔 , 从内到外散发 , 以增加余量 (P04) 考虑跨距系数为 0.75 的工具直径。4工具完成型腔墙 (P04) 。5这个过程将重复进行 , 直到编制程序袋深度达到(P03),以地板加工余量（ P05）考虑。6工具完成底板的型腔。7工具回到起始位置。47图8 加工转子型腔上述措施的执行需要使用的标准的数控系统的线性插值和提出的外旋轮线

18、偏移发生器。双内插器构成的主体运动发生器程序加工转子的型腔。步骤1和2是完全由线性内插。步骤 3和4使用类型的插值消除材料在一个水平层。图9显示仿真结果的步骤 3和4。边界曲线图所示是外旋轮线曲线出现在4.1 部分。步骤 3开始，和之后的工具已经下降到第一深度，提出在 x轴由一个非常小的数额（在几毫米） ，然后执行第一偏移运动沿边界曲线。在这第一个路径算法， 除了运动的一代， 也计算最大不同的刀具中心从起始点（在X线和 Y轴）。基于这些原因和刀具半径，该程序确定的开始和结束点的一个或更多，如果需要，平行的直线运动。这些运动，未经切割的材料内的第一偏移曲线被删除。其余的粗加工路径生成一个跨距 3

19、 / 刀具直径 4。步骤 4完成水平层上偏移路径确定的价值。在这一点上， 该工具返回原籍， 重复这个过程， 直到满型腔深度达到要求 （ 5步）。最后，该工具完成底板的型腔在程序里，然后再返回到开头和从那里的起始位置（步骤6和7）。48图 9 生成刀具路径在一个水平层的图4.3编程的一部分和一个完整的模拟试验该数控机床操作工具是由一个控制程序编写的 G代码编程语言称为计划的一部分。计划的一部分包含一个命令语句序列，称为块，指定详细的刀具运动被处决，和辅助操作（例如，主轴 / 关闭，主轴转速和进给速度）来实现数控机床，机床的指定部分。一块是由词。字符和数字的元素，构成一个词。例如，说明由“ N10

20、”,“G01”,“X200”,“Y300”,“Z100”, “F200”,“M03”,“S800”, 等命令语句构成 N10运动需要的语令，从它的当前的位置（ 200， 300， 100 ）线性 G01）与进给速度为 200毫米 / 分钟和主轴顺时针旋转（ M03）在 800转/s 。每条编码以外，有一个独特的功能。 G和 M有很多功能取决于以下两位数。这些功能已基本规范，俗称“ G和代 M”。一般来说，一个指令，命名为准备功能代码，定义一个类或一个运作模式，而 M代码，命名为综合功能代码，打开 / 关闭各种操作（例如，冷却剂流量，主轴，等）。必须指出的是，并非所有可能的代码数量分配，这意味着

21、控制系统制造商可以利用这些剩余的为任何目的，他们希望。新的数控编程能力的目的。pythagorean-hodograph 曲线曲面实时插补 17 和 18 具有代表性的例子，这种新的编程能力。在这些作品中，作者，除了介绍新的数控插值，提出 G指令执行各自的插值。同样，罐头周期提出了可能被嵌入在一个数控控制器 19 在特定 G指令。更特别的是，整个加工的任务是制定一个加工循环归因G代码和部分通过声明的介49绍形式：在那里， G65选择机械加工为一体的转子型腔，P01P07参数指定下列：P 01定义的起始位置（距离毫米以上的型腔上方）P02暴跌的深度（毫米）P03满型腔深度（毫米）P04墙壁和加工

22、余量（毫米）P.05地板加工余量（毫米）P06定义形式的边界曲线（R、 r和 h）P07刀具直径（毫米）P08进给（毫米）图 10 显示了一个完整的仿真测试的一种转子型腔与平端磨，16 毫米。描述刀具中心轨迹是由实际运动生成程序。命令块部分采用程序如下：根据上述命令块，型腔与转子边界曲线的定义的常数 R =80 毫米， r=40 毫米， h=25 毫米加工是在三层水平墙加工余量为 2 毫米。顶面视为 0 级，第一材料层被切除深度 5 毫米，第二层切除 10 毫米和底部层切除 12 毫米。未经切割的第一偏移曲线内的材料通过三直线运动去除，编程的 BLU设置等于 0.5 毫米。图 10 生成的刀具路径说明，从开始到结束的一个转子型腔加工的一组特定的型腔与转子的边界是一个制造方法。 该方法包括粗加工和精加工刀具50轨迹的实时算法，插值和刀具偏移。该切割加工产生的战略描述转化成数控代码编程的数控铣床，采用适当的软件插补方法。模拟的结果充分得到证明，这表明边界轨迹概念产生偏移的外旋轮线及其能力的自动控制的良好性能。参考文献1阿斯特纳森，