基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的異型螺紋自動編程技術研究
2016-8-26 來源：沈陽工程學院機械學院， 作者：李鐵鋼
摘要： 針對異型螺紋的加工問題， 研究數控程序編制的自動化。基于Ｅｄｇｅｃａｍ 軟件提出了螺紋加工的智能化編程方法； 論述了工藝設計、軟件設計和程序編制等關鍵技術， 利用ＰＣＩ 和ＰＤＩ 等二次開發語言編制了程序； 以某零件的螺紋圓弧加工實例測試了方法的有效性， 實現了螺紋制造的智能化和快速化， 為其它智能編程提供了借鑒。
關鍵詞： 異型螺紋加工； 自動編程； Ｅｄｇｅｃａｍ； 二次開發； ＰＣＩ； ＰＤＩ
0、前言
螺紋是機械零件的典型結構， 常見的形式是６０°牙型角的普通三角形螺紋， 現代零件普遍使用數控機床加工， 此種螺紋可在自動化的ＣＡＭ 數控編程軟件上編制數控機床加工用程序。
異型螺紋指的是剖面形狀為圓弧形、梯形及其它復雜剖面形狀的螺紋， 此類螺紋的形狀參數不定， 很多無統一的標準參照， 現今的計算機輔助編程軟件沒有異型螺紋的編程功能， 在編制數控車床加工的程序時， 通常手工計算數據點， 或者利用宏變量編程， 程序代碼手工編寫， 程序編制繁瑣且容易出錯。
Ｅｄｇｅｃａｍ 軟件是由英國開發的智能數控編程系統， 主要應用于數控銑、數控車、數控線切割以及車銑復合等領域［１－２］ ， 是全球最著名的數控編程軟件之一， 使用數量居于獨立ＣＡＭ 系統前矛， 具有完備的客戶二次定制開發功能， 可利用ＪＶＡＳＣＲＩＰＴ、ＶＢ 和Ｃ＃等語言開發復雜的交互界面， 可基于工藝模型進行非交互自動制造特征識別和構建并進行加工， 特別適合開發定制自動化數控編程系統。
本文作者開發了基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的數控車床異型螺紋自動編程系統， 研究了工藝設計、軟件設計和程序編制等關鍵技術。
1、關鍵技術及實現方法
１.１ 工藝設計
異型螺紋的剖面由若干圓弧和直線組合而成， 典型的結構如圖１ 所示。
圖１ 典型異型螺紋
螺紋加工采用層切法加工， 同Z 軸方向平行，由內向外一層層加工， 可以采用帶圓弧的普通外圓車刀， 也可以采用標準螺紋車刀等實現。
層切法的基本原理是每個異型螺紋剖面X 向分層擬合加工， 當利用６０°角的外螺紋車刀加工如圖２所示外螺紋時， 車刀沿Z 向平行進給， 每條進給路線擬合成若干個數據點， 數據點軸向步距為L， 在粗加工時L 值可取較大值， 刀具以擬合點處的（x， z）作為螺紋的加工起點， 執行螺紋加工命令， 比如， 對于ＦＡＮＵＣ０ｉ-ＴＢ 系統而言， 可以使用單一螺紋加工指令Ｇ３２ 或螺紋單一循環指令Ｇ９２ 書寫程序。
圖２ 異型螺紋剖面加工
１.２ 系統設計及功能實現
Ｅｄｇｅｃａｍ 程序利用二次開發ＰＣＩ （Ｐｒｏｇｒａｍ ＣｏｍｍａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅ） 語言和ＰＤＩ （Ｐｒｏｇｒａｍ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）語言編寫接口程序讀寫Ｅｄｇｅｃａｍ 數據庫中的幾何信息和拓撲信息實現螺紋的加工［３－４］ ， 異型螺紋自動加工系統運行于Ｅｄｇｅｃａｍ 應用界面上， 對話框利用ＶＢ.ｎｅｔ 開發， 系統的功能流程如圖３ 所示。
圖３ 系統功能流程
設螺紋車刀的圓弧半徑為r， 取擬合的公差為ε，利用等步長直線逼近法擬合螺紋剖面， 設計算時與Z軸平行的軌跡上的數據點間的擬合步長為L， 則計算得：
如圖４ 所示， 設層切計算時由毛坯外向內與Z 軸平行的軌跡上加工， 刀具軌跡同左側螺紋剖面接觸的數據點為p１ ， 下一切削層刀具軌跡同左側螺紋剖面接觸的數據點為p２ ， p１ 和p２ 間的擬合步長為L１ ， 則計算得：
圖４ X 向擬合步距
設兩個圓弧的圓心分別為O１ （x１ ， y１ ， z１ ），O２（x２， y２ ， z２）， 由于X 向擬合２ 層間的擬合距離和螺紋截面的曲線撓度不大， 則O１O２ ≈ p１ p２ ＝L１，O１（x１，y１ ， z１ ） 為已知的數據點， 則X 向的擬合距離為［５］：
１.３ 程序生成算法
程序使用變量宏編程實現， 每層內用宏變量實現層內的加工， 其中＃１ 變量表示每層數據點同最左側螺紋擬合的Z 坐標（半徑表示）， ＃４ 變量表示每層數據點同最左側螺紋擬合的X 坐標（坐標變換后）， ＃５為層數控制循環變量， ＃２ 變量為層切削的控制循環變量， ＃６ 變量為每層內擬合點的增量， 且＃６＝LX 。典型的程序（部分） 示例如圖５ 所示。
圖５ 加工程序實例
2、應用實例
某零件的圖紙如圖６ 所示， 零件兩端頭具有異型螺紋， 螺紋由多段圓弧和直線連接而成。
圖６ 典型異型螺紋零件
此零件先進行除螺紋外的其它工序的加工， 最后車削加工兩端頭的螺紋， 螺紋加工時編程坐標系設置在零件的右端面， 切削外螺紋使用刀尖圓弧半徑為０.８ 的６０°的通用外螺紋車刀， 切削內螺紋使用刀尖圓弧半徑為０.４ 的６０°的通用內螺紋車刀。生成的加工程序利用ＶＥＲＩＣＵＴ 仿真， 仿真結果驗證了系統設計的正確。經過實際零件的切削加工，得到了合格的產品。
3、結論
基于Ｅｄｇｅｃａｍ 的異型螺紋自動編程技術研究了異型螺紋的自動編程技術， 重點論述了軟件設計、層切法加工的原理和技術等關鍵問題［６］ ， 完成了系統的開發并加工出了合格的產品， 提高了異型螺紋編程加工的效率， 為其它產品的智能編程提供了借鑒作用。
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