一种开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制方法

技术领域

本发明属于数控加工领域，特别涉及一种开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制方法。

背景技术

参照附图9、10、11，文献“关于轮廓倒圆角_倒角宏程序的研究，新技术新工艺，2013年第一期”公开了一种轮廓倒圆角倒角的宏程序编制方法。该方法视刀具切削轨迹分别为沿轮廓向外、向内等距偏移的封闭包络线，对于向外偏置的包络线采用数学计算在X、Z面构建刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#12,并在外轮廓直角处构建半径为参数#12的过渡圆弧使包络线封闭,同时在X、Y面通过逻辑运算建立角度变量θ1沿轮廓变化的参数方程实现外轮廓倒圆角宏程序编制。对于向内偏置的包络线采用数学计算在Y、Z面构建刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#5,同时在X、Y面通过逻辑运算建立角度变量θ2、θ3沿轮廓变化的参数方程实现内轮廓倒角的宏程序编制。应用此文献所述宏程序编制方法减少了形状相同尺寸不同的曲线轮廓倒圆角、倒角时程序的重复编制，减少了字符数，节约了内存，使编程更方便、更容易。但该方法只适于封闭曲线轮廓的倒圆角倒角宏程序编制，对于开放曲线轮廓不能应用上述方法进行倒圆角倒角的宏程序编制，因此文献所述方法具有局限性。

综上所述，现有的轮廓倒圆角_倒角的宏程序编制方法对于开放曲线轮廓倒圆角倒角不适用，所提出通过数学计算与建立逻辑运算进行曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制方法具有局限性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服现有的技术方法对于开放曲线轮廓不能通过简单的数学计算与逻辑运算进行倒圆角倒角宏程序编制的不足，本发明提出了一种开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制方法。该方法首先应用极坐标编程方式在任意角度位置构建刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#13，接着采用设立多个局部坐标系的方法使前一步建立的距离变化参数#13跟随刀具的加工轨迹而连续运动。从而实现开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制。

本发明的技术方案是：一种开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制方法，包括以下步骤：

步骤1：将开放曲线轮廓分为若干段，并作出圆弧段的圆心，测其圆心的X、Y坐标值。

步骤2：对开放曲线轮廓两个端点分别进行线延长，使刀具的下刀点与出刀点都在工件外；

步骤3：以极坐标方式实现开放曲线轮廓倒角宏编制；

步骤4：确定刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数。

进一步的，所述步骤1中，在开放曲线轮廓上分成ac段、cd段、de段、ef段、fg段和gb段六部分，其中ac段为直线段，其他段为圆弧段，定义cd段圆弧1的圆心O1,de段圆弧2的圆心O2,ef段圆弧3的圆心O3,fg段圆弧4的圆心O3，gb段圆弧5的圆心O4。

进一步的，所述步骤1中，cd段圆弧1、ef段圆弧3、fg段圆弧4是凹圆弧，de段圆弧2、gb段圆弧5是凸圆弧。

进一步的，所述步骤2中，延长开放曲线轮廓左端点a至A点，并作线段CA垂直于线段aA,延长开放曲线轮廓右端点b至B点，并作线段BD朝向圆心O4。延长至A点与B点的目的是为了使刀具的下刀与退刀点都在工件外；C点D点起了桥梁作用，使宏变量能够不断变化。

进一步的，所述步骤3中，包括以下子步骤：

步骤3.1：极坐标与极坐标中关于直线段和圆弧段的参数定义；

步骤3.2：设加工坐标系的原点与建模坐标系零点O重合，且O点的X与Y坐标值都设为0，Z向零点在工件的上表面；

步骤3.4：按照O-O1-O2-O3-O4-O的顺序在主坐标系代码与局部坐标系代码中分别代入子步骤2与子步骤3中O点及圆弧圆心O1至O4的X、Y坐标值；

步骤3.5：作圆弧圆心O1至O4到c,d,h,e,i,f,g,j,B各点的辅助线段，并测量各线段长度及各线段与X轴的夹角，以便开放曲线轮廓编制时依次按子步骤1中所规定的格式对开放曲线轮廓进行极坐标编制。

进一步的，所述步骤4中，包括以下子步骤：

步骤4.1：计算倒角角度的正切值

步骤4.2：刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#13

设Z向下刀深度为t，刀具半径为

进一步的，所述步骤4中，下刀深度变量参数t为#2，刀具半径参数为#7，倒角角度正切值变量参数为#8，刀具中心到已加工轮廓距离变化的参数γ为#13，即#13＝#2/#8+#7；当用球刀加工时，刀具半径参数#7为0，刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#13＝#2/#8。

进一步的，所述步骤4中，所述外轮廓向外偏置#13，内轮廓向内偏置#13，凸圆弧半径加#13，凹圆弧半径减#13。加工外轮廓时包络线向外偏置了#13，所以要加上#13,内轮廓向内偏置时，包络线向内偏置了#13，所以要减去#13。凸圆弧加#13，凹圆弧减#13，这样子步骤1中的极半径可以灵活加或减参数#13的值，实现参数#13随刀具轨迹运动的宏编制。

发明效果

本发明的技术效果在于：参照具体实施方案中步骤一至步骤四的实施过程，能在任意角度以极坐标的方式建立刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#13，并能通过设立局部坐标系的方法使距离变化参数#13跟随刀具的加工轨迹而连续运动，从而实现极坐标方式下开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏编制。该方法参照文献中所述的方法而言，不需要在X、Y平面构建角度变量为的θ1、θ2、θ3的参数方程，且可用于开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏编制中，程序简短并提高了功效。本方法通过有效配合使用极坐标与局部坐标系的宏程序编制方法，克服了现有的技术方法对于开放曲线轮廓倒圆角倒角不能通过简单的数学计算与逻辑运算进行宏程序编制的现状。

附图说明

图1是本发明方法的零件几何体结构示意图。

图2是本发明方法开放曲线轮廓上5段圆弧及O1至O4圆心的结构示意图。

图3是本发明方法作辅助线段aA、CA、BD及辅助圆弧线段bB的结构示意图。

图4是本发明方法中极坐标编程各圆心到各圆弧段所作辅助线段的结构示意图。

图5是本发明方法加工开放曲线轮廓倒角编程加工零点的位置示意图。

图6是本发明方法的零件几何体主视图的结构示意图。

图7是本发明方法的零件几何体主视图上F-F剖的结构示意图。

图8是本发明方法的零件几何体倒角部位的几何参数示意图。

图9是背景技术中加工原理及距离变化参数逻辑运算参数的算法示意图。

图10是背景技术中外轮廓倒圆角刀具中心到已加工轮廓距离变化参数#12的算法示意图。

图11是背景技术中内轮廓倒角刀具中心到已加工轮廓距离变化参数#5的算法示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见附图1至附图8，本方法包括以下步骤：

步骤一、用MasterCam8.0软件绘开放曲线轮廓图，此开放曲线轮廓上共有5段圆弧,依次作出cd段圆弧1的圆心O1,de段圆弧2的圆心O2,ef段圆弧3的圆心O3,fg段圆弧4的圆心O3，gb段圆弧5的圆心O4。

步骤二：延长开放曲线轮廓左端点a至A点，并作线段CA垂直于线段aA,延长开放曲线轮廓右端点b至B点，并作线段BD朝向圆心O4。

步骤三、以极坐标方式确定程序中各点的坐标值。

子步骤一

首先要明白极坐标编程的含义，极坐标半径值是指终点坐标到编程原点的距离，角度值是指终点坐标与编程原点的连线与X轴的夹角。对于编程中的直线段而言，X后输入极半径坐标值，Y后输入极角坐标值；对于圆弧线段而言，X后输入极半径坐标值，Y后输入极角坐标值，R后输入极半径坐标值。

子步骤二

设加工坐标系的编程原点与建模坐标系零点O重合，且O点的X与Y坐标值都设为0，Z向零点在工件的上表面。

子步骤三

应用绝对坐标编程，编程代码是G90。按子步骤二设O点坐标为主坐标系，依次找到步骤一中圆弧圆心O1、O2、O3、O4在以O点为主坐标系下的X与Y坐标值,并设为局部坐标系，且局部坐标系从属于主坐标系，主坐标系的编程原点代码是G90G54 X_Y_,而属部坐标系的编程原点代码是G90 G54 G52 X_Y_。

子步骤四

为使编程轨迹连续运动，在编程中编程原点按O-O1-O2-O3-O4-O的顺序依次变化，主坐标系O点的X与Y坐标值都是0，圆弧圆心O1至O4的X与Y坐标值按子步骤三依次代入。

子步骤五

作圆心O1到圆弧1的线段O1c、O1d，作圆心O2到圆弧2的线段O2h、O2e，作圆心O3到圆弧3的线段O3i、O3f，作圆心O3到圆弧4的线段O3g,作圆心O4到圆弧5的线段O4j，作圆心O4到B点的线段O4B。依次测量圆弧圆心O1至O4到各终点c、d、h、e、i、f、g、j、B的线段长度及各线段与X轴的夹角值，在极坐标编程时依次输入各值。

参见附图1、9、10、11

步骤四：确定刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#13

设Z向下刀深度为变量t,刀具半径为d1/2，开放曲线轮廓的倒角宽度为m,倒角深度为n。

则倒角角度的正切值

刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数

注：为在宏程序编制时使用上述变量参数，令下刀深度变量参数t为#2，刀具半径参数

在编程中为保证沿加工轮廓内外偏置时距离变化的一致性，外轮廓向外偏置#13，内轮廓向内偏置#13，圆弧特别要注意，凸圆弧半径加#13，凹圆弧半径减#13，圆弧凸凹方向的辩认要根据加工曲线轮廓的外侧还是内侧进行辨认，在本发明中是加工开放曲线轮廓的外侧，从a点向b点看，cd段圆弧1、ef段圆弧3、fg段圆弧4是凹圆弧，de段圆弧2、gb段圆弧5是凸圆弧。

本发明改进前后程序对比参见表1：

表1本发明改进前后程序对比表

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文献所用方法编程与本发明方法编程程序对比参见表2：

文献所用方法编程与本发明方法编程程序对比

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本发明方法中应用极坐标编程方式在任意角度位置构建刀具中心到已加工轮廓的距离变化参数#13，并用设立多个局部坐标系的方法使该变化参数#13跟随刀具的加工轨迹而连续运动，从而实现了开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制。该方法简化了编程，提高了功效，适用于任意开放曲线轮廓倒圆角倒角的宏程序编制。