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滚齿加工数控程序参数化编制系统研究与开发

作　者: 郭奉民
导　师: 阎春平
学　校: 重庆大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 滚齿 CNC自动编程成组技术标准模块
分类号: TG612
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着齿轮制造企业的生产模式向多品种、小批量生产的模式转变，市场对产品的生产效率提出了更高的要求。数控程序的编制是制约齿轮数控生产效率的重要因素，传统的手工编制数控程序的方式存在工作量大、效率低、出错率高等缺点。以图形交互方式的CAD/CAM自动编程技术通用性好，但需预先建立工件的CAD模型，对编程人员的技术要求较高。滚齿数控加工具有工件结构特征和工艺特征相对固定，走刀路径和循环方式相对简单的特点，工艺过程易于实现参数化。因此，本文对滚齿数控加工程序的参数化自动编程技术进行了深入的研究，并开发了应用于西门子840D数控平台的滚齿数控自动编程系统。本文进行的具体研究如下：首先，在分析用户需求和滚齿参数化自动编程技术的可行性基础上，确定了系统工作流程，完成了系统架构设计；其次，研究了基于成组技术的齿轮分类方法，根据齿轮的几何特征和工艺特征的相似性对齿轮工件进行分类，并总结出小锥度圆锥齿轮和圆柱齿轮的滚削加工数学模型；然后，研究了基于标准模板的参数化自动编程方法，根据滚削数控代码结构的相似性，抽象出每类齿轮单元的滚削数控代码标准模板，并运用表达式驱动算法完成对标准模板的实例化，自动生成NC代码，实现了滚齿加工的模块化、参数化数控程序设计；最后，研究了基于西门子840D数控系统的HMI二次开发方法，重点研究了HMI顺序控制方法和OEM应用程序与数控系统间的通讯。在以上研究的基础上，开发了基于西门子840D数控系统的滚齿自动编程系统，用户仅需通过人机界面设置特定的加工参数，即可自动生成滚齿NC程序。在某型号滚齿机上的应用表明编程效率高，有效降低生产成本的同时，保证了加工齿轮的精度和质量。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题背景和研究意义  9-10
    1.1.1 课题的提出  9
    1.1.2 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 齿轮数控加工的研究  10-11
    1.2.2 齿轮加工数控编程方法的研究  11-16
  1.3 课题的研究内容  16-17
  1.4 本章小结  17-19
2 滚齿数控加工参数化自动编程系统架构  19-25
  2.1 系统可行性分析  19-21
    2.1.1 齿轮几何特征和滚削加工工艺特征分析  19-20
    2.1.2 滚齿数控加工参数化自动编程实施的技术可行性  20-21
  2.2 用户需求分析  21
  2.3 滚齿数控加工参数化自动编程系统架构  21-22
  2.4 滚齿数控加工参数化自动编程系统工作流程  22-23
  2.5 本章小结  23-25
3 基于成组技术的齿轮分类及滚削数学模型  25-39
  3.1 基于成组技术的齿轮分类  25-26
    3.1.1 成组技术基本原理  25
    3.1.2 基于成组技术的齿轮分类  25-26
  3.2 滚齿编程建模基础  26-30
    3.2.1 滚齿机床坐标系统  26
    3.2.2 滚齿切削方式和加工路径  26-29
    3.2.3 建模算法原则  29
    3.2.4 建模内容  29-30
  3.3 小锥度齿轮滚齿建模  30-33
    3.3.1 小锥度齿轮的滚切插补方式  30
    3.3.2 小锥度齿轮滚齿关键坐标值计算  30-33
    3.3.3 滚齿运动速度分析和轴向进给速度计算  33
  3.4 圆柱齿轮滚齿建模  33-36
    3.4.1 圆柱齿轮滚齿的插补方式：  33-34
    3.4.2 圆柱齿轮滚齿关键坐标值计算  34-36
    3.4.3 双联圆柱齿轮加工  36
  3.5 齿轮滚削加工工艺保证  36-38
    3.5.1 切削用量选择  36-37
    3.5.2 工件和刀具几何尺寸约束关系  37
    3.5.3 滚刀的窜刀  37-38
  3.6 本章小结  38-39
4 基于标准模板和表达式驱动的参数化自动编程方法  39-48
  4.1 标准 NC 模板的提取和生成  39-43
    4.1.1 滚削工艺过程的表示  39-40
    4.1.2 抽象标准 NC 模板的结构模型  40
    4.1.3 标准 NC 模板的生成  40-43
  4.2 基于表达式驱动算法的标准 NC 模板实例化过程  43-46
    4.2.1 表达式驱动算法原理  43-45
    4.2.2 标准 NC 模板实例化过程  45-46
  4.3 本章小结  46-48
5 基于西门子 840D 数控系统的 OEM 系统开发  48-78
  5.1 西门子 840D 数控系统  48-51
  5.2 数控系统 HMI 二次开发的技术支持  51-52
  5.3 基于西门子数控的滚齿自动编程系统开发  52-68
    5.3.1 自动编程系统嵌入西门子 840D 系统配置原理  52-55
    5.3.2 人机界面设计  55-57
    5.3.3 自动编程系统配置和顺序控制机制  57-63
    5.3.4 自动编程系统与西门子 840D 间通讯的实现  63-68
  5.4 数控滚齿自动编程系统的测试  68-76
    5.4.1 齿轮工件库管理功能  68-69
    5.4.2 滚刀库管理功能  69
    5.4.3 滚齿程序编制功能  69-73
    5.4.4 加工历史库管理功能  73
    5.4.5 系统的容错性  73-74
    5.4.6 加工实例结果  74-76
  5.5 本章小结  76-78
6 结论  78-80
  6.1 主要结论  78
  6.2 后续研究工作的展望  78-80
致谢  80-82
参考文献  82-86
附录  86-89
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  86
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果  86
  C. 作者在攻读学位期间获得的奖励目录  86-87
  D. 圆柱直齿轮标准 NC 模板表  87-89

滚齿加工数控程序参数化编制系统研究与开发

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