Windows环境下数控旋压机床图形编程系统

D0:男装第3期100103x.2001.03.059北京科技大学学报 VoL,23 No.3 2001年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2001 Vindows环境下数控旋压机床图形编程系统 阁 群) 孙昌国) 林文兴1) 余达太1) 马振平2) 李 宇2) 1)北京科技大学机器人研究所，北京1000832)信息产业部第十二研究所，北京，100016 摘要详细介绍了一种Windows环境下，采用Visual C+高级语言开发的数控旋压机床图形 编程系统.该系统在工业个人计算机上使用，具有良好的图形用户界面，可在屏幕上方便地绘 制普通旋压各种零件芯模、道次曲线，并生成相应零件的加工数据文件. 关健调Windows;数控旋压机床；图形编程 分类号TH422.3;TP417.4;TP273 针对当前国际上数控机床自动编程系统的 道次规划部分根据输人的图形、毛坯参数和加 发展，图形编程被认为是自动编程系统的发展 工信息生成加工文件.同时，整个系统又是一个 方向.本文对图形编程系统、旋压道次生成与规 相互联系、相互制约的集成性整体，道次规划部 划方法进行了深入细致的研究，并在Windows 分要以芯模文件和旋轮文件为依据进行人机交 环境下，采用Visual C+高级语言，开发了运行 互芯模选择和旋轮选择.系统总体结构及各部 于工业个人计算机(Industrial Personal Com- 分之间的关系如图1所示. puter,IPC)的数控旋压机床图形编程系统. 道次规划子系统 1系统总体结构 旋轮库管理 普通旋压的加工过程多以圆板毛坯夹持在 旋 毛坯 加 旋转主轴的芯模端，靠旋轮按照规划好的进给 运动轨迹对毛坯连续逐点压下，以改变毛坯的 芯模规划子系统 轮 参数 文 形状，完成塑性成型变形可见，应用普通旋 道次规划 压加工一个零件往往不是一次成形，而是需要 有多个中间道次（旋轮进给运动轨迹）的过渡， 图1图形编程系统总体结构及各部分间的关系 否则可能会引起工件的断裂、起皱等问题.对于 Fig.1 General structure of graphic programming system and their relationship 一个加工零件，如何方便地规划合理的中间道 次曲线是数控旋压机床研究的一个重要课题. 2 芯模规划子系统 考虑用户对旋压产品精度的特殊要求，以 及普通旋压加工过程的特殊性，本着面向生产 设计芯模规划子系统主要是为了解决普通 旋压的精度问题1对于精度要求不高的旋压 和面向用户的设计原则，本数控旋压机床的图 工件，可以不设计芯模，直接进入道次规划子系 形编程系统分芯模规划和道次规划两个子系 统进行道次规划.在普通旋压加工中，加工零件 统，其中道次规划子系统包括道次规划、旋轮库 管理两部分.两个子系统分别完成系统的一部 主要有圆简、圆锥台、圆曲线台、椭圆台、抛物线 台、任意曲线台等形状以及它们的组合.根据这 分功能，相对独立.芯模规划子系统根据输人的 一特点，设计时采用面向对象的编程方法，把系 图形生成芯模文件，而旋轮库管理部分主要进 行旋轮库的管理，根据旋轮参数生成旋轮文件； 统分成圆锥台、圆曲线台、椭圆台、抛物线台、任 意曲线台等主要对象，实现系统设计的高度结 收稿日期2000-12-20阁群女，30岁，硕士 构化.芯模规划子系统提供图形编程和手工编 *国家自然科学基金资助课题QN0.59575074) 程两种手段，手工编程只需调用Windows中已

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 愁 】 加 加 丫 环境下数控旋压机床图形编程 系统 阎 群 ’ 孙 昌国 ‘ ， 林文兴 ‘ ， 余达太 ” 马振平 ” 李 宇” 北京科技大学机器人研究所 ，北京 脂息产业部第十二研究所 ， 北京 ， 摘 要 详细介绍 了一种 环境下 ， 采用 叭 杆高级语言开发的数控旋压机床图形 编程系统 该系统在工业个人计算机上使用 ， 具有 良好的图形用户界面 可在屏幕上方便地绘 制普通旋压各种零件芯模 、 道次曲线 ， 并生成相应零件的加工数据文件 关健词 助 数控旋压机床 图形编程 分类号 开 仰 · 针对当前 国际上数控机床 自动编程系统的 发展 ， 图形编程被认为是 自动编程系统 的发展 方 向 本文对图形编程系统 、 旋压遣次生成与规 划方法进行 了深人细致的研究 ， 并在 环境下 ， 采用 矶 料高级语言 ， 开发 了运行 于 工 业 个 人 计 算 机 玩面 州 ， 的数控旋压机床图形 编程系统 道次规划部分根据输人的图形 、 毛坯参数和 加 工信息生成加工文件 同时 ， 整个系统又是一个 相互联系 、 相互制约的集成性整体 ， 道次规划部 分要 以芯模文件和旋轮文件为依据进行人机交 互芯模选择和旋轮选择 系统总体结构及各部 分之间的关系如 图 所示 系统总体结构 普通旋压 的加工过程多以 圆板毛坯夹持在 旋转主轴 的芯模端 ， 靠旋轮按照规划好的进给 运动轨迹对毛坯连续逐点压下 ， 以 改变毛坯 的 形状 ， 完成塑性成型 变形 【， 可见 ， 应用普通旋 压加工一个零件往往不是一次成形 ， 而是需要 有多个 中间道次 旋轮进给运 动轨迹 的过渡 ， 否则可能会引起工件的断裂 、 起皱等问题 对于 一个加工零件 ， 如何方便地规划合理 的 中间道 次 曲线是数控旋压机床研究 的一个重要课题 考虑用 户对旋压产 品精度 的特殊要求 ， 以 及普通旋压加工过程 的特殊性 ， 本着面 向生产 和 面 向用户 的设计原则 ， 本数控旋压机床的图 形 编程 系统分芯模 规划 和 道 次规划两个 子 系 统 ， 其中道次规划子系统包括道次规划 、 旋轮库 管理两部分 两个子系统分别完成系统的一部 分功能 ， 相对独立 芯模规划子系统根据输人的 图形生成芯模文件 ， 而旋轮库管理部分主要进 行旋轮库的管理 ， 根据旋轮参数生成旋轮文件 厂一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 道规 划子系统 补 图 图形编程 该 系统总体结构及各 汁 部分间的关 系 哈 仲 肠 收稿 日期 加 卜 阎群 女 ， 岁 ， 硕士 国家 自然科学基金资助课题困。 芯模规划子系统 设计芯模规划子系统主要是为 了解决普通 旋压 的精度 问题 ‘坟 对于精度要求不高的旋压 工件 ， 可 以不设计芯模 ， 直接进人道次规划子系 统进行道次规划 在普通旋压加工 中 ， 加工零件 主要有 圆筒 、 圆锥台 、 圆曲线 台 、 椭 圆台 、 抛物线 台 、 任意曲线 台等形状以及它们 的组合 根据这 一特点 ， 设计时采用面 向对象的编程方法 ， 把系 统分成圆锥台 、 圆曲线台 、 椭 圆台 、 抛物线台 、 任 意 曲线 台等主要对象 ， 实现系统设计的高度结 构化 芯模规划子系统提供图形编程和手工编 程两种手段 ， 手工编程只需调用 协 中已 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．03．050

·282· 北京科技大学学 。报 2001年第3期 有的文本编辑器如Notepad即可实现.芯模规划 一个具体的旋压加工过程，如何规划道次，道次 子系统图形编程菜单结构如图2所示.屏幕上 曲线采取何种性质（如直线、圆弧、渐开线或高 芯模图形(*.mdl)的变化和屏幕“背后”的数据 次曲线等)目前还没有一个定型的理论为尽 (*mtx)映射一一对应. 量多地包含现有的有关道次规划的经验和理 芯模规划图形编程 论，并为积累经验进而完善道次规划理论提供 便捷的条件，道次规划部分提供了主动规划与 自动编程 简形 参数设置 撒消 别除 锥台 被动规划两种方式.主动规划方式是建立在现 原点设置 添加 球台 有旋压理论的基础上，对简形件、锥形件、球形 网格设置 圆曲线台 件等简单形状零件和部分简单复合零件以模型 修改 图形编程 椭球台 方式规划单道次和多道次加工曲线，应用中用 圆整 抛物线台 缩放 户只需输人模型中规定的必要参数，计算机就 文件管理 任意曲线台 自动生成加工道次数据.被动规划方式是针对 图形文件 放大 目前旋压理论还不完善的现状，为工艺人员提 文本文件 缩放 供方便、快捷、直观的道次规划手段，工艺人员 观察全图 可以根据经验选取直线、圆弧、渐开线等常用道 次形状，规划零件成形道次.不论是主动规划还 图2芯模规划子系统图形编程菜单结构 Fig.2 Menu structure of mold programming subsystem 是被动规划，生成的道次数据都以文件形式存 储在磁盘上，当需要进行加工时，即可调出传递 3道次规划子系统 给控制软件进行插补加工.另外，道次规划部分 旋压加工是压力加工的一个分支，它的成 与芯模规划子系统一样不仅具有图形编程能力 形过程中既包含着弹性过程也包含着塑性过 还具有手工编程能力.旋轮库管理部分主要是 程.以现有的塑性理论针对旋压中复杂的边界 利用数据库管理旋轮，包括浏览、修改、增加、删 条件、物理条件以及几何变形条件是很难解决 除旋轮参数等，为用户规划时优选旋压、管理已 普通旋压旋压力的解析计算，因而相应于该力 有旋轮提供方便.道次规划子系统道次规划图 的毛坯的变形情况也就无从精确得到针对 形编程菜单结构如图3所示 道次规划图形编程 主动规划 筒形件单道次 被动规划 直线道次 锥形件单道次 参数设置 圆弧道次 球形件单道次 原点设置 渐开线道次 椭球形件单道次 网格设置 任意曲线道次 抛物线形件单道次 芯模设置 「简形件多道次 毛坯设置】 撒消 筒形一锥形一简形 别除 旋轮设置 复合件多道次 添加 图形编辑 修改 放大 缩放 缩小 浏览 文件管理 图形文件 观察全图 删除 加工文件 添加 旋轮库管理 修改 图3道次规划子系统道次规划图形编程菜单结构 Fig.3 Menu structure of roller path programming subsystem

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 有 的文本编辑器如 即可实现 芯模规划 子系统 图形编程菜单结构 如 图 所示 屏幕上 芯模图形 的变化和屏幕 “ 背后 ” 的数据 毗 映射一一对应 筒形 锥台 球台 圆曲线台 椭球台 她物线台 任意曲线台 一个具体的旋压加工过程 ， 如何规划道次 ， 道次 曲线采取何种性质 如直线 、 圆弧 、 渐开线或高 次曲线等 目前还没有一个定型 的理论 为尽 量 多地包含现有 的有关道次规划 的经验 和 理 论 ， 并为积累经验进而完善道次规划理论提供 便捷 的条件 ， 道次规划部分提供 了 主动规划与 被动规划两种方式 ， 主动规划 方式是建立在现 有旋压理论的基础上 ， 对筒形件 、 锥形件 、 球形 件等简单形状零件和部分简单复合零件以模型 方式规划单道次和多道次加工 曲线 ， 应用 中用 户只需输人模型 中规定 的必要参数 ， 计算机就 自动生成加工道次数据 被动规划方式是针对 目前旋压理论还 不完善的现状 ， 为工 艺人员 提 供方便 、 快捷 、 直观的道次规划手段 ， 工艺人员 可 以根据经验选取直线 、 圆弧 、 渐开线等常用道 次形状 ， 规划零件成形道次 不论是主动规划还 是被动规划 ， 生成 的道次数据都 以文件形式存 储在磁盘上 ， 当需要进行加工时 ， 即可 调 出传递 给控制软件进行插补加工 另外 ， 道次规划部分 与芯模规划子系统一样不仅具有 图形编程能力 还具有手工编程能力 旋轮库管理部分主要是 利用数据库管理旋轮 ， 包括浏览 、 修改 、 增加 、 删 除旋轮参数等 ， 为用户 规划时优选旋压 、 管理 已 有旋轮提供方便 道次规划子系统道次规划 图 形编程菜单结构如 图 所示 鲤璐 芯模规划图形编程 卜 添一修加一改 黔 匕 孕引 七戛塾遭 日 网格设置 图形编程 一缩圆一放整 件管理 月 图形文件 日 文本文件 放大 缩放 观察全图 图 芯模规划子 系统图形编程菜单结构 ’ 】 ， 道次规划子 系统 旋压加工是压力加工 的一个分支 ， 它 的成 形 过 程 中既 包 含着 弹性 过程 也包含 着 塑 性 过 程 以 现有 的塑性理论针对旋压 中复杂 的边界 条件 、 物理条件 以及几何变形条件是很难解决 普通旋压旋压力 的解析计算 ， 因而相应 于该力 的毛坯 的变形情况也就无从精确得到 〔， 针对 道次规划图形编程 直线道次 锥形件单道次 · 参数设里 圆弧道次 球形件单道次 渐开线道次 椭球形件单道次 任意曲线道次 抛物线形件单道次 筒形件多道次 筒形一锥形一筒形 删除 复合件多道次 · 浏览 图形文件 旋轮库管理 图 道次规划子系统道次规划图形编程菜单结构 褚

Vol.23 No.3 阁群等：Windows环境下数控旋压机床图形编程系统 ·283· 4编程实例 下面以比较简单的旋压件（命名为：fhe1) 为例，说明编程系统的整个过程. (1)根据设计要求，利用芯模规划子系统设 计旋压芯模，生成芯模图形文件(he1.md)和 数据文件(fuhe1.mt),具体图形和数据见图4 和图5. 图6零件fbe_1道次图形(he_1.p) Fig.6 Roller path graphic of parts fuhe_1(fuhe_1.rpt) 蜜薄童罪“英酷领 菲菲朝菲裤裤菲事指 aH性a:性性：：以出#1 进出的进相：路组单 图4零件fuhe_1芯模图形(mhe_l.md) 图7零件fahe_1道次数据血he_L,rt) Fig.4 Mold graphic of parts fuhe 1(fuhe 1.mdl) Fig.7 Roller path data of parts fuhe_1(fuhe_1.rtx) 成的数控旋压机床图形编程系统的结构、功能 渔理迅猫“一一 及设计方法.经过全方位、多层次的测试表明， 该系统基本达到了设计的功能和性能要求. 图5零件fuhe_1芯模数据(abe_L.mt) 由于采用了PC硬件平台和Windows软件 Fig.5 Mold data of parts fuhe_1(fuhe_1.mtx) 平台，该系统界面友好，功能较强，具有优异的 (2)设计好芯模后，进入道次规划子系统.依 通用性、开放性和扩展性，为下一步研制开发 据屏幕提示输入芯模数据文件，芯模以图形形 Windows环境下数控旋压机床监控程序，进而 式显示.然后依次输入毛坯、旋轮参数后，可选 完善旋压机床数控系统创造了条件.本文介绍 择主动或被动规划方式规划.该零件采用被动 的设计思想和实现方法，不仅适用于数控旋压 规划方式.规划结果如图6（道次图形文件 机床，也可用于其他的数控系统 fuhe_1rpt)、图7（道次数据文件fuhe_1.rb)所示. 参考文献 具体加工时，将fe_I.rt文件传递给实时控制 系统即可 1王成和旋压技术.北京：机械工艺出版社，1986 2日本塑性加工协会旋压成型技术北京：机械工艺出 版社，1988 5结论 3 陈建春.Visual C+高级缋程技术-一开发实例剖析. 北京：电子工业出版杜，1999 详细介绍了在Windows:环境下，采用Visual C+6.0面向对象的C+软件编程平台，开发完 Graphic Programming System of CNC Spinning Machine under Windows YAN Oun",SUN Changguo",LIN Wencing",YU Datai,MA Zhenping",LI Yr )Robot Research Institule,USTBeijing Beijing 100083,China 2)12th Research Institte,MELBeijing 100016,China ABSTRACT The graphic programming system of NC spinning machine under Windows with Microsoft Visual C++programming language,which appropriates for IPC,is described.This system has a good graphics- user interface.By which all kinds of mold and roller path graphics that processed in spinning were drawn.Ac- cording to these graphics,the system automatically works out data file. KEY WORDS Windows;CNC spinning machine;graphic programming