一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工控制方法
阅读说明：本技术 一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工控制方法 (Even-number-side regular polygon column/cavity spiral milling numerical control machining control method ) 是由 王朝琴 汪瑞军 刘晓琴 王小荣 罗冠炜 陈德道 何鹏 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工控制方法,主要包括：对偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工程序进行初始化,并设置相应参数,根据待加工件进行偶数边正多边形柱(腔)边数赋值,并对相应的加工量进行计算；根据对象应加工量的计算结果,运行偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工控制程序。本发明所述偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工控制方法彻底解决CAM软件在处理偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削加工过程中出现的零件加工程序太长、数据传输不畅/中断、且不具备适应性的问题,为企业在解决偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工的同时,提高设备利用率和加工效率,增加利润。(the invention discloses a numerical control machining control method for spiral milling of even-number-side regular polygon columns/cavities, which mainly comprises the following steps: initializing a spiral milling numerical control machining program of the even-number-side regular polygon column/cavity, setting corresponding parameters, performing assignment of the number of sides of the even-number-side regular polygon column (cavity) according to a workpiece to be machined, and calculating corresponding machining amount; and running a numerical control machining control program for the spiral milling of the even-number-side regular polygon column/cavity according to the calculation result of the amount of the object to be machined. The method for controlling the spiral milling numerical control processing of the even-side regular polygon column/cavity thoroughly solves the problems that a part processing program is too long, data transmission is not smooth/interrupted, and adaptability is not provided in the process of processing the spiral milling processing of the even-side regular polygon column/cavity by CAM software, improves the equipment utilization rate and processing efficiency, and increases profits while solving the problem of spiral milling numerical control processing of the even-side regular polygon column/cavity by enterprises.)
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，具体地，涉及一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控 加工控制方法。
背景技术
偶数边正多边形柱/腔是现场加工中常见的典型特征，目前加工企业在加工这类特征时， 在加工策略上采用分层铣削，分层铣削数控加工方法，在编程上比较容易实现，但存在较多 的空行程使得加工效率比较低。相对而言，螺旋铣削方式，因为没有过多的空行程，效率要 高得多。
在编程方式上，偶数边正多边形柱/腔的编程不论自动编程还是手动编程，均能实现其 分层铣削数控加工控制方法程序的编制，但目前通过这两种编程手段获得的偶数边正多边形 柱/腔数控加工程序，均不具备适应性，即这些程序无法适应加工对象在边数、形状尺寸、工 艺尺寸、刀具尺寸、加工区域和位姿(位置和姿态)的变化，一旦加工对象的上述内容发生变 化，原有程序失效，需要编程人员重新编程，并重新输入或传输程序代码，这一方面增加了 编程人员的劳动量，另一方面大大消耗了企业人力成员，增加人力成本。
采用自动编程编制偶数边正多边形柱/腔的螺旋铣削加工程序具有很好的优势，但存在 生成的程序代码太长，根据加工精度和偶数边正多边形柱/腔形状尺寸的大小，程序代码可达 几百行、几千行甚至几万行，这么大量的代码对企业一般性能的数控机床而言，根本无法存 储，只能在线加工，但如此量大代码的传输，对数控系统而言是个很大的挑战，经常出现传 输不畅或传输中断的情况，使得加工过程极受干扰，并且在线传输需要配置相应的PC和数 据线，加上自动编程软件价格昂贵，是一般企业所难以承受的资金投入，而其编程人员的配 置也为企业增加了人力成本。
而手工编程，到目前为止，还没有看到相应的偶数边正多边形柱/腔螺旋加工数控控制 方法，主要是因为偶数边正多边形柱/腔的螺旋加工手工编程比较难以实现。
总之，对于偶数边正多边形柱/腔这种极典型的零件，开发一种高效新型具备适应性的 螺旋铣削数控加工控制方法，能使企业在不购置昂贵的自动编程软件的前提下，具备对偶数 边正多边形柱/腔边数、形状尺寸、工艺尺寸、刀具尺寸、加工区域和位姿的适应性，且其程 序短小精悍，成为加工企业的现实需要。
目前的自动编程软件(CAM软件)功能已经十分强大，能完成非常复杂零件的加工编程， 但是不论自动编程软件何等强大，通过它所获得的程序存在着许多问题。
(一)现有CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔零件加工程序不能适应边数变化。现 有的CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔数控加工程序，是在给定某一具体边数的条件下 生成的，一旦边数发生变化，则原有程序失效，需要重新编程。如图3所示，通过CAM软件生成的程序是针对八边形柱/腔加工的，如果加工对象变成了10边形或20边形的柱/腔，则 原有程序失效，需要重新编程。
(二)现有CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔零件加工程序不能适应形状尺寸变 化。现有的CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔数控加工程序，是在给定形状尺寸(内切圆 直径与高)的条件下生成的，一旦形状尺寸发生变化，则原有程序失效，需要重新编程。譬如， 对内切圆直径×高为Φ100mm×50mm的10边形自动编程获得的程序，当内切圆直径×高变为 Φ90mm×40mm时，原有程序失效，需要重新编程。
(三)现有CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔零件加工程序不能适应工艺尺寸变 化。现有的CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔数控加工程序，是在给定工艺尺寸(如层高 等)的条件下生成的，如果工艺尺寸发生了变化，则原有程序失效，需要重新编程。譬如，原 先对某一确定的偶数边正多边形柱/腔加工时，按照层高5mm生成的程序，当层高要变为3mm 时，原有程序失效，需要重新编程。
(四)现有CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔零件加工程序不能适应刀具尺寸变化. 现有的CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔数控加工程序，是在给定刀具尺寸的条件下生 成的，如果刀具尺寸发生了变化，则原有程序失效，需要重新编程。譬如，原先对某一确定 的偶数边正多边形柱/腔加工时，按照半径R5mm的刀具生成的程序，当刀具半径变为8mm 时，原有程序失效，需要重新编程。
(五)现有CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔零件加工程序不能适应加工区域变 化。现有的CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔数控加工程序，是在给定加工区域的条件 下生成的，如果加工区域发生了变化，则原有程序失效。需要重新编程。譬如，原先对某一 确定的偶数边正多边形柱/腔加工时，如果按照加工整体编制的程序，当加工区域变为加工高 的一半时，原有程序失效，需要重新编程。
(六)现有CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔零件加工程序不能适应加工对象位置 和姿态变化。现有的CAM软件生成的偶数边正多边形柱/腔数控加工程序，是在给定位姿的 条件下生成的，如果加工对象位姿发生了变化，则原有程序失效。需要重新编程。譬如，原 先对某一确定位姿的偶数边正多边形柱/腔加工时，如果其位姿发生了变化，原有程序失效， 需要重新编程。
手动编程分为常量式手工编程和宏程序。手工编程到目前为止尚未解决偶数边正多边 形柱/腔的螺旋铣削数控加工控制问题。
常量式手工编程获得的程序具有和CAM软件获得的程序一样的弊端，但是对偶数边正 多边形柱/腔螺旋铣削而言，编程人员不可能通过常量式手工编程获得其程序，这是因为编程 人员无法计算出如此大量的空间点的坐标。
宏程序理论上可以解决偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削数控加工控制问题，但到目前为 止，尚没有见到相关文献和专利。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，开发一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削的数控加 工控制方法，获得可存储于数控机床内存的短小精悍的零件加工程序，又可使其具备对偶数 边正多边形柱/腔边数、形状尺寸、工艺尺寸、刀具尺寸、加工区域和位姿的适应性，从而彻 底解决CAM软件在处理偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削加工过程中出现的零件加工程序太 长、数据传输不畅/中断、且不具备适应性的问题。
为实现上述怒地，本发明采用的技术方案是：一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削的数 控加工控制方法，主要包括：
a、对偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削的数控加工控制程序进行初始化，并设置刀具、机床和待加工件的相应参数；
b、根据所选用的刀具类型和待加工件的相应参数，对相应的加工量进行计算；
c、根据对相应加工量的计算结果，运行偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削的数控加工程序， 完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态。
进一步地，在步骤a中所述设置刀具、机床和待加工件的相应参数的操作，集体包括：
选择刀具，下刀，完成刀具长度的正补偿；这里，刀具长度的正补偿是数控系统本身具有的功能，编程人员只需调用即可实现刀具长度补偿。
进一步地，在步骤b中，所述根据刀具类型和待加工件的相应参数，对相应的加工量 进行计算，具体包括：
1.偶数边正多边形柱的加工
偶数边正多边形适应性螺旋铣削数控加工控制方法刀具轨迹如图4所示，要求在加工 过程中，绕行一周在高度上要下降一个螺旋高度，并且任意相邻两顶点处的高度差相等。
在XY平面上，刀具轨迹的控制如图5所示。刀具从A开始，运行到B点，切入工件 至C1点，C1点处在高度上为一个螺旋节距的起点，依次顺时针铣削至C2、C3、C4、C5、C6、 C7、C8、C1点，每一顶点相对于上一顶点在高度上降低的值为：螺旋节距/边数，绕行一周后 到达C1点时，在高度上刀具降低一个螺旋节距。
2.偶数边正多边形腔的加工
偶数边正多边形适应性螺旋铣削数控加工控制方法刀具轨迹如图6所示，要求在加工 过程中，绕行一周在高度上要下降一个螺旋高度，并且任意相邻两顶点处的高度差相等。
在XY平面上，刀具轨迹的控制如图7所示。刀具从A开始，运行到B点，切入工件 至C点，C1点处在高度上为一个螺旋节距的起点，依次顺时针铣削至C2、C3、C4、C5、C6、 C7、C8、C1点，每一顶点相对于上一顶点在高度上降低的值为：螺旋节距/边数，绕行一周后 到达C1点时，在高度上刀具降低一个螺旋节距。
在编程方式上，从C1-C8绕行一周的过程中，采用极坐标方式编程，而直线段AB和AD，圆弧段BC和CD的编程，采用直角坐标编程。
相关点的计算如图8所示。
多边形内切圆直径为#2，中心角为#13，OC连线与X轴夹角为#12＝#13/2，原点到各个 顶点Ci(i＝1,2,…,#1+1)的距离为#2/(2cos(#12))。
OA＝#2/2-#11-#9 (1)
β＝#15＝Atan(BE/AE)＝Atan(#9/#11) (2)
AB＝DA＝#16＝BE/sinβ＝#9/sin(#15) (3)
A点坐标：
Ax＝OA*cos(α/2)＝(#2/2-#11-#9)*cos(#12)＝#14*cos(#12) (4)
Ay＝OA*sin(α/2)＝(#2/2-#11-#9)*sin(#12)＝#14*sin(#12) (5)
B点坐标：
Bx＝Ax+AB*cos(β+α/2)＝#14*cos(#12)+#9*cos(#15+#12)/sin(#15) (6)
By＝Ay+AB*sin(β+α/2)＝#14*sin(#12)+#9*sin(#15+#12)/sin(#15) (7)
C点坐标：
Cx＝OC*cos(#12)＝#2*cos(#12)/2 (8)
Cy＝OC*sin(#12)＝#2*sin(#12)/2 (9)
D点坐标：
Dx＝Ax+DA*cos(β+α/2)＝#14*cos(#12)+#16*cos(|#15-#12|) (10)
当α/2≥β时：
Dy＝Ay+DA*cos(β+α/2)＝#14*sin(#12)+#16*sin(|#15-#12|) (11)
当α/2<β时：
Dy＝Ay-DA*cos(β+α/2)＝#14*sin(#12)-#16*sin(|#15-#12|) (12)
将以上坐标点编入程序，A、B、C、D点由直角坐标系坐标值确定，顶点 Ci(i＝1,2,…,#1+1)。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例 一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1a偶数边正多边形柱；
图1b偶数边正多边形腔；
图2为偶数边正多边性轮廓；
图3a偶数边正多边形柱自动编程过程
图3b偶数边正多边形腔自动编程过程；
图4a偶数边正多边形柱
图4b偶数边正多边形柱螺旋铣削V-ISO视图
图4c螺旋铣削XY视图
图4d螺旋铣削XZ视图
图5偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削精加工刀具轨迹控制示意图；
图6a偶数边正多边形腔
图6b偶数边正多边形腔螺旋铣削V-ISO视图
图6c偶数边正多边形腔螺旋铣削XY视图
图6d偶数边正多边形腔螺旋铣削XZ视图
图7偶数边正多边形腔适应性螺旋铣削精加工刀具轨迹控制示意图；
图8偶数边正多边形腔适应性螺旋铣削精加工相关点的计算；
图9为偶数边正多边形柱螺旋铣削数控加工控制方法流程图；
图10为偶数边正多边形腔螺旋铣削数控加工控制方法流程图；
图11偶数边正多边形柱/腔实施流程图；
图12a偶数边正多边形柱一般位姿螺旋铣削精加工刀具轨迹3D视图；
图12b偶数边正多边形柱一般位姿螺旋铣削精加工刀具轨迹XY视图；
图12c偶数边正多边形柱一般位姿螺旋铣削精加工刀具轨XZ视图。
图13a偶数边正多边形腔一般位姿螺旋铣削精加工刀具轨迹3D视图；
图13b偶数边正多边形腔一般位姿螺旋铣削精加工刀具轨迹XY视图；
图13c偶数边正多边形腔一般位姿螺旋铣削精加工刀具轨XZ视图。
具体实施方式
具体实施方式一：以下以偶数遍正多边形柱为例，结合附图对本发明的优选实施例进 行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发 明。
根据本发明实施例，如图4a-图13所示，提供了一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削的 数控加工控制方法。
参见图9，图9为偶数边正多边形柱螺旋铣削数控加工控制方法流程图，主要包括：
步骤1：程序初始化，Z轴回零，设置进给速度的基值和系数；选择刀具，下刀至安全高度，建立刀具长度正补偿，主轴正转，冷却液开，执行步骤2。
步骤2：进行偶数边正多边形柱边数赋值，偶数边正多边形柱形状尺寸赋值，刀具半径赋值，偶数边正多边形柱工艺尺寸和加工区域赋值，执行步骤3；
步骤3：偶数边正多边形柱位姿参数赋值，执行步骤4；
步骤4：建立局部坐标系，局部坐标系赋值，执行步骤5；
步骤5：定位，下刀，直线插补至B点，直线插补至C1点，执行步骤6；
步骤6：判断高度是否加工到位，若是，则执行步骤15；否则，执行步骤7；
步骤7：极坐标方式有效，执行步骤8；
步骤8：顶点计数变量置1，执行步骤9；
步骤9：设置#20为相邻顶点高度差＝层高/边数，执行步骤10；
步骤10：判断边数计数变量是否＜边数+1，若是，则执行步骤11；否则执行步骤14；
步骤11：求下一顶点的极角和极径，执行步骤12；
步骤12：直线进给到下一顶点，执行步骤13；
步骤13：顶点计数变量+1，执行步骤10；
步骤14：高度增量一个层高，执行步骤15；
步骤15：极坐标方式取消，执行步骤16；
步骤16:最底层让行一周加工平整，执行步骤17；
步骤17：在底层高度返回起始点，执行步骤18；
步骤18：取消坐标旋转，取消局部坐标系，执行步骤19；
步骤19:提刀至安全高度，主轴停转，冷却液关，Z轴回零。
具体实施所需的设备和工具见表1，实施流程图见图11。
表1实施本发明所需设备/工具一览表
所用机床见文件《数控机床说明》，机床所配置的系统、代码及编程见文件《B-63844C BEIJING-FANUC 0i-MB操作说明书》。
实施例：偶数边正多边形柱螺旋铣削数控加工控制方法实例
机床运行刀具轨迹如图12所示。
偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工方法的适应性。适应性的阐述，基于上面 O1404程序的赋值来说明，凡是没有特别指出的参数，取值和O1404中的复制一致。
(1)偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工方法对边数的适应性
(2)偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工方法形状尺寸的适应性
(3)偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工方法工艺尺寸的适应性。以层高为例来 阐述对工艺尺寸的适应性问题，同样的方法使用于其它的工艺尺寸如#8，#10等。
(4)偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工方法加工区域的适应性
(5)偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工方法位姿的适应性
具体实施方式二：以下以偶数边正多边形腔为例，结合附图对本发明的优选实施例进 行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发 明。
根据本发明实施例，如图4a-图13所示，提供了一种偶数边正多边形柱/腔螺旋铣削的 数控加工控制方法。
参见图10，图10为偶数边正多边形腔螺旋铣削数控加工控制方法流程图，主要包括：
步骤1：程序初始化，Z轴回零，设置进给速度的基值和系数；选择刀具，下刀至安全高度，建立刀具长度正补偿，主轴正转，冷却液开，执行步骤2。
步骤2：进行偶数边正多边形柱边数赋值，偶数边正多边形柱形状尺寸赋值，刀具半径赋值，偶数边正多边形柱工艺尺寸和加工区域赋值，执行步骤3；
步骤3：计算A，B，C，D关键点的坐标值，执行步骤4；
步骤4：偶数边正多边形柱位姿参数赋值，执行步骤5；
步骤5：建立局部坐标系，局部坐标系赋值，执行步骤6；
步骤6：定位A点，下刀，直线插补至B点，1/4圆弧切入至C点，直线插补至C1点， 执行步骤7；
步骤7：判断高度是否加工到位，若是，则执行步骤16；否则，执行步骤8；
步骤8：极坐标方式有效，执行步骤9；
步骤9：顶点计数变量置1，执行步骤10；
步骤10：设置#26为相邻顶点高度差＝层高/边数，执行步骤11；
步骤11：判断边数计数变量是否＜边数+1，若是，则执行步骤12；否则执行步骤15；
步骤12：求下一顶点的极角和极径，执行步骤13；
步骤13：直线进给到下一顶点，执行步骤14；
步骤14：顶点计数变量+1，执行步骤11；
步骤15：高度增量一个层高，执行步骤16；
步骤16：极坐标方式取消，执行步骤17；
步骤17:最底层让行一周加工平整，执行步骤18；
步骤18：在底层高度直线插补至C点，1/4圆弧切出至D点，返回值A点，执行步骤19；
步骤19：取消坐标旋转，取消局部坐标系，执行步骤20；
步骤20:提刀至安全高度，主轴停转，冷却液关，Z轴回零。
具体实施所需的设备和工具及实施流程图与具体实施方式一相同。
所用机床见文件《数控机床说明》，机床所配置的系统、代码及编程见文件《B-63844C BEIJING-FANUC 0i-MB操作说明书》。
具体实施方式二中，设计到的A、B、C和D关键点的计算是按照[0027]中式(1)～(12) 进行。
实施例：偶数边正多边形腔螺旋铣削数控加工控制方法实例
刀具轨迹如图13所示。
偶数边正多边形腔适应性螺旋铣削数控加工方法的适应性。偶数边正多边形腔适应性 螺旋铣削数控加工控制方法对边数、形状尺寸、工艺尺寸、加工区域和位姿的适应性，类似 于偶数边正多边形柱适应性螺旋铣削数控加工控制方法。
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