面向回转体石材数控加工的自动编程

2018-11-09麻娟楚满福刘俨后

科技视界 2018年18期

关键词：数控加工

麻娟楚满福刘俨后

【摘要】本文针对石材加工的特殊工艺，研究了回转体石材的粗加工和半精加工自动编程技术，并基于此开发了回转体石材数控加工的计算机辅助编程软件，同时集成了加工过程仿真模块，能够验证NC代码的正确性，大大提高了数控编程的效率和质量。

【关键词】石材加工；数控加工；自动编程；加工仿真

中图分类号：TP311 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）18-0096-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.043

【Abstract】The processing of rough machining and semi-finishing of revolving body stone is studied， according to the particularity of stone machining. Based on the study of processing， the system of computer aided programming and simulation for the revolving body stone is mainly researched. This system integrates the NC code automatic generation module and numerically controlled machining simulation module， and this system is able to verify the pre-existing NC code. Thus greatly improves the efficiency and raises the quality.

【Key words】Stone machining； NC machining； Automatic programming； Machining simulation

石材是一种典型的硬度高、脆性大的难加工材料，可加工性十分特殊[1]。当今世界各国石材加工企业广泛采用数控技术，以提高加工能力和加工水平，增强对市场的动态响应[2-3]。本文针对石材加工的特性，研究石材数控加工NC代码的自动生成技术，并开发相应自动编程软件。

1 加工工艺分析

与一般的金属切削加工相比，石材有着高强度、高硬度和脆性大的特性，而且一般石材加工余量比较大。这些特点决定了石材的加工工艺与金属加工工艺存在差异，石材加工工具以金刚石工具为主[6]。石材产品多用于建筑業和装饰业，对于加工精度的要求并不像金属加工那样严格，本文针对回转体石材（石球、石柱）的粗加工过程和半精加工过程进行自动编程技术的研究。

本文加工工艺是控制刀具在机床的轴平面内走一条二维曲线（石材型面的母线），同时机床工作台旋转，从而获得回转型面。整个加工过程包括：（1）锯片粗加工，毛坯切片；（2）将多余的片状石片去除；（3）砂轮半精加工，磨削粗加工后的表面；（4）获得成品。加工过程如图1所示。

粗加工工艺采用锯片加工[4]。考虑到锯片厚度较小，如果多余的部分全用锯片切除，势必会增加加工时间、降低效率，且加剧磨损，降低锯片的使用寿命。而且石材是一种脆性材料，粗加工后的片状部分容易断裂去除。

在半精加工阶段主要的任务是为最后的抛光做准备。经粗加工后的石材表面呈一些阶梯形状，这是由于将粗加工残留切片去除后所形成的。半精加工是利用砂轮磨削，沿着外型面的母线轮廓将多余的部分去除。

2 总体方案设计

本文使用C++Builder 2010作为开发工具，在Windows XP以上操作软件可运行。

考虑到石球、石柱是轴对称的几何体，用二维模型就可以进行详尽描述，本文采用体素法来描述加工对象，将待加工石材的外型面分解为常见的几何要素，然后通过人机交互界面输入几何信息，软件功能包括：（1）加工工艺参数的添加、修改和删除功能，设定常用石料的默认加工工艺参数；（2）自动生成石柱、石球、石座、石帽等回转体的粗加工，半精加工的NC代码，加工直径范围200～2000mm；（3）能够进行加工过程的模拟仿真，对NC代码进行验证；（4）允许打印输出，屏幕显示NC代码，并以文本格式输出；（5）有完备的帮助功能。软件流程如图2所示。

3 主要功能模块

3.1 工件信息和刀具参数输入

一般石柱上各段形状都是各不像同的，其中最为常见的是一些回转体，它们主要是由一条母线沿着其圆导线生成的。所以将石柱进行分段处理，各段只有单一的体素，然后采用体素法进行石柱几何形状的描述[5]。基本体素主要包括：圆柱体、锥体、鼓形体、鞍形体等。

工艺信息输入提供了一个交互式用户界面来输入刀具参数、工艺参数等工艺信息，并通过工艺决策自动确定加工过程，形成工艺信息文件。

在用户输入工艺信息并确认完成以后，软件自动由石材顶部开始显示各段体素的输入窗体，供人机交互输入各体素几何参数，软件自动累计体素数目。各基本体素都提供出错处理部分，供人机交互修改。最终软件会自动生成结构示意图并进行图纸显示，校核石材型面信息正确性。

3.2 自动生成NC代码

软件采用石柱分段的方法，将石柱分成只有一种曲线构成的形状。在进行NC代码生成、图形显示和加工模拟时用各自相应的程序分别进行处理。采用这种分段处理的方法时，石柱各段都有其各自的形状特征，在石材及刀具信息输入模块，用户在人机交互界面输入的信息储存在程序设定的几个形状特征数组中：

（1）两个数组来储存石柱各段首尾坐标参数，两个数组X[]Y[]，X[i]Y[i]和X[i+1]Y[i+1]分别储存石柱母线各段首尾坐标值。

（2）一个数组储存石柱各段的形状参数，数组A[]储存石柱各段的形状参数：直线段时，数组赋值-1；凹圆弧段时，数组赋值0；凸圆弧段时，数组赋值1。

（3）一个数组储存石柱各段的半径值，数组R[]储存石柱各段的半径。如果是直线线段（即形状参数为-1）时，则数组取默认值0。

粗加工代码生成部分的程序流程为：切入、停留（保证石柱自转一圈）、退出、锯片走一个步长。粗加工NC代码的生成就是这个流程的循环。而半精加工NC代码的生成无需像粗加工那样计算母线上的节点，只需将每段轮廓的形状和尺寸参数输入，然后依据数控编程原则编程。

3.3 加工过程仿真