泵壳零件参数化编程软件开发

广西科技大学（筹）毕业设计（论文）说明书课题名称 泵壳零件参数化编程软件开发 系 别 职业技术教育学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日摘要随着国内五坐标数控机床的逐渐增多和加工零件的批量和类型的不断增加， 许多厂都采用多轴数控加工技术来进行一些型模零件初批量试切削 ， 大大提高了试切削效率及加工精度 。 企业对于同类型零件的加工往往缺乏必要的灵活性，对于同类型零件的不同尺寸比例加工数控编程存在种种困难和问题，其中一个非常关键的原因就是缺乏一个专门针对某类特型零件的参数化编程软件。为了发挥五轴加工的优势以及对同类零件的加工编程更为快捷方便，参数化编程软件的开发势在必行。为此本设计的目的就是开发一个基于FANUC 0iM系统使用JDK6.0汇编语言编写的五轴三联动机床专用加工泵壳NC代码编写的参数化编程软件。为此，本文初步研究了五轴三联动数控编程加工技术，FANUC G代码输出格式及编程详解，同时还进行了FANUC数控编程G代码的刀路仿真及过切验证，开发了基于JAVA中的J2SE语言编写的基于FANUC 0iM系统五轴三联动立式加工中心参数化泵壳G代码编程软件。在实现泵壳通用G代码输出编辑的功能基础上，还进一步追加了更多功能，进一步满足特型零件的多元化加工需求。其功能主要体现在可以自定义加工刀具直径，输入刀具参数可自动识别理想进给量及适应转速，适应不同材料加工及零件缩放倍率在一定范围可的任意调整。该软件开发旨在提高同类型零件的开发编程加工效率与编程灵活性等问题。关键词：五轴三联动机床，参数化编程，泵壳，FANUC 0iM，JDK6.0 AbsteactWith domestic five coordinates of numerical control machine increase gradually and processing components of the batch and types of increasing, Many factory are use the axis CNC processing technology to carry out some mould parts batch try cutting early , Greatly improve the efficiency of the machining accuracy and try cutting . Enterprise aways The lack of necessary flexibility for the same type parts processing, For the same type of different parts dimension scale processing CNC programming have many difficulties and problems , One of the key reasons is lack of a Parametric programming software Specializing in some kinds of special parts. In order to play five axis machining s advantage And for similar parts processing programming is more convenient , Development a Parametric programming software is imperative. For the purpose of this design is to develop a system based on FANUC 0 iM use JDK6.0 assembly language to preparation five axis three linkage special processing pump shell NC machine code of parametric programming software .Therefore, this article Preliminary studied five axis three linkage CNC programming processing technology , FANUC G codes output format and programming explanation, At the same time also carry a FANUC CNC programming G codes Simulation and a knife and cut verification , Based on the development of the JAVA language preparation of J2SE JAVA based on FANUC 0 iM system five shaft with three vertical machining center parametric pump shell G code programming software. In the realization of the pump shell general G code based on the function of the output edit, still further adding more features, reflects the diversity of further satisfy parts processing demand . Its function mainly reflects in can customize processing cutting tool diameter , Input parameters can be tools to identify the ideal feeding and adapt to the speed, To adapt to the different material processing and parts zoom range in certain scope must adjust. This softwares development aims to improve the development of the same type parts processing efficiency and programming flexibility programming. Keywords: five axis three linkage machine tools， Parametric programming， pump shell，FANUC 0 iM， JDK6.0 目录1. 绪论 11.1 参数化开发的本质及意义 11.2 参数化开发概述 11.3 参数化开发的必要性 21.4 参数化编程的应用 21.5 参数化编程的现状和发展趋势 21.6 参数化编程的开发方法 42. 总体规划 63. 开发思路 73.1 参数化编程软件开发基本思想及步骤 73.2 五轴三联动机床结构分析 73.3 运动学参数化 83.3.1 AC转角的参数化控制 83.3.2机床运动坐标XYZ的参数化控制 93.3.3增量编程的角度值修正 113.3.4刀具参数处理 114. 软件设计说明 134.1JAVA语言的特点 134.2参数化编程软件总体机构 144.3参数化编程流程 144.4单个参数参数化编辑流程 154.5参数化编程软件说明 164.5.1主界面 174.5.2第一基准面粗精加工参数设置界面 174.5.3第一基准面钻孔加工参数设置界面 204.5.4第一基准面镗孔加工参数设置界面 224.5.5第二基准面平面粗精加工参数设置界面 234.5.6第二基准面足控加工参数设置界面 244.5.7锪孔参数设置界面 244.5.8机床旋转方式设置界面 264.5.9泵壳零件材料设置界面 264.5.10零件倍率设置界面 274.6本章小结 285. 参数化编程的java实现 295.1参数变量 295.2实现刀路循环与参数控制方法 325.3参数化编程指令格式 345.3.1机床运动指令 345.3.2辅助操作指令34 5.3.3机床运动指令35 5.3.4固定循环指令365.4参数化编程模块的实现39 5.4.1基本模块的实现395.4.2固定循环模块415.4.3界面链接模块的实现415.5本章小结426.实验验证 436.1仿真总体安排436.2加工仿真技术简介466.2.1数控仿真的必要性与重要性466.2.2仿真软件简介476.3五轴三联动机床简介476.4实验内容496.4.1验证刀具直径参数化性496.4.2验证零件刀路缩放倍率功能506.4.3验证参数化编程加工参数变化支持功能526.5实验结论52总结与展望 54总结54 展望54致谢 55主要参考文献 561 绪论1.1 参数化开发的本质及意义在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。 参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化编程方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。在飞机零部件加工中经常遇到一些零件上有许多相同或相似的几何形状体，或者形状相似的零件。在数控编程中如果把这些几何形状体一一编写出来，不但程序很大，数据较多而且出现错误也不易检查出来，为解决这一问题，可以利用系统本身自带的参数，在编写加工程序时，把一组命令构成的某种特定功能，像子程序那样记录在存储器中。其功能可用一个命令来代表，并使用该命令调用它。其一组命令称为参数指令体，代表的命令称为参数指令用户不必记忆参数指令体的一组命令，只要记忆代表参数指令体的参数指令即可。参数程序的特点是参数程序中有变量，变量之间可进行运算，用参数指令给变量设定实际值。把某个功能作为参数程序编程时，可将变化的值、未知值作为变量编程。这种变量式编程称之为参数化编程。1.2 参数化开发概述参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Revit Building中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来，采用智能建筑构件、视图和注释符号，使每一个构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。参数化编程设计作为针对参数化产品设计的衍生项目，是对于特型零件的族类机加工编程开发的新的尝试，也是本次设计的起源，把某一特型零件针对其族类特点通过控制其机加工代码的关键参数达到能加工其他同类型不同大小材料等特征零件的机加工数控G代码编程软件的开发过程称之为零件编程的参数化。1.3 参数化开发的必要性参数化开发是数控编程技术的关键技术之一，是数控加工系统的重要组成部分，并作为提升企业设计效率与机床编程加工的柔性的重要手段。参数化编程的好坏直接影响到零件加工质量、效率、机床的加工可靠性编程以及零件加工编程柔性与灵活性。在数控编程中，CAD/CAM系统软件往往只针对单一某个零件进行编程加工化，按照相对运动原理，将刀位计算统一在工件坐标系下进行，而不考虑具体机床结构和指令格式和对不同比例零件的通用性，从而简化系统软件。因此，要获得数控机床参数化零件通用加工程序，还需要将所得的机加工G代码（包括刀具轨迹数据、工艺参数以及其他加工信息）通过JAVA语言控制代码输出集合结构参数，并通过人机对话实现参数控制，从而使机床的数控程序代码能通过参数变化自适应同类零件的不同加工需求，该过程称为参数化编程开发。国外参数化开发技术研究十分重视，各CAD/CAM软件厂商都研究开发了各自的通用参数化系统；国内的参数化理论与技术也进行了深入研究，取得了一定的研究成果。由于不同的数控机床系统所使用的数控指令可能不同，机床辅助功能也不尽相同，故必须根据不同机床系统的特性逐个地编制参数化编程程序。随着当今社会需求的多样化及用户对产品质量要求的E l 益提高，使得产品结构日 趋复杂，更新换代的速度也随之加快，这给生产企业带来了一系列新的问题，其中以多品种、小批量生产取代过去单一批量生产模式而对制造系统和生产技术提出的高柔性要求是最为突出的问题之一。目 前 ，虽然许多生产企业投入大量资金购置了先进 的制造设备，引入 了相应 的C A D C A E C A M技术，但由于传统的生产组织模式的影响，使这些先进制造设备与技术应用受到很大程度的限制。作者主要以成组技术原理为基础，利用参数化编程的思想，实现了典型实例零件组的参数化数控编程。当更换零件时，只需更改程序中少数几个参数便可进行生产，可以大幅度节约编程时间、减少出错概率、提高生产效率并保证零件的加工质量，有效降低了生产成本。 1.4 参数化编程的应用参数化编程在数控加工中的应用主要有：r1)结构相似或相同的孑L、槽和螺纹的铣削加工、槽的车削加工、同一中心线上多个孔的钻削加工等；(2)复杂曲面的加工：参数化编程对于工件的几何形状几乎没有什么限制，只要能用方程式或多项式描述的形状，就能用参数化技术把加工程序编写出来，运行该程序就能得到正确的几何形状。(3)管理控制机床辅助设备：数控加工中心常配备一些辅助设备如测头、在线检测设备等。 1.5 参数化编程的现状和发展趋势SDRC公司在1991年，其I-DEAS第六版的DRAFT模块中提出了一项新的交互作用技术：“动态导航技术”，该技术利用从工程制图标准抽象出来的规则预测下一步操作的可能，大大方便了操作。动态导航技术和参数化技术目前己成为大多数CAD系统的主要功能和目标。在现有的三维CAD系统中，他们大致是这样实现的:利用动态导航技术或其它草图技术迅速生成用以构造三维特征的二维轮廓(PROFILE)，这个轮廓准确的位置和尺寸都不必在草图输入时给出，而可以在以后的参数设计过程中得到。再利用系统的拉深或回转等其它手段来生成三维特征。有了这个基础，再加上一棵记录造型过程的CSG树，就可完成对最后模型的“参数”设计。但值得强调的是，这里的参数并不是最后模型的设计参数，而是完成造型过程的造型参数。 正是由于三维参数化特征造型系统的设计参数和造型参数有很大的不同，虽然很多系统都声称是全双向可逆(FULLYBIDIRECTION)的，但实际上它们通过投影直接生成的二维图距离最终的工程图纸要求还差得很远。特别是尺寸标注，它可以通过投影控制特征参数在二维图形上的投影，但却无法对最终工程图的尺寸进行真正的参数设计。在三维CAD系统中，动态导航仅被用来生成二维轮廓。这里论述的参数设计也主要是针对这个二维轮廓进行的。由于这个二维轮廓只是用来生成三维特征，它远比我们在二维CAD系统中要处理的工程图简单得多。 显然，要实现对二维工祝图的参数化设计/绘图工作从一定意义上讲比在三维环境下更为困难。近年来，许多CAD工作者围绕如何将概念设计和参数设计引进传统的二维CAD系统进行了大量的研究。现代工业正在逐渐向多品种、小批量的方向发展，加工对制造系统的高效、快速和柔性提出了越来越高的要求， CAD/CAM的广泛应用为其提供了可能，并且促进了这种发展。参数化设计的定制是联结CAD/CAM软件与加工设备的重要技术，它直接影响到CAD/CAM的集成与柔性。CAM参数化技术也在高新技术的发展同时得到一步步的完善与改进。CAM参数化开发技术也渐渐的朝以下几个发面发展。1.面向通用化通用参数化编程系统一般指参数化开发程序功能的通用化，要求能针对不同型号的、不同加工参数需求的相似零件进行参数化编程，输出数控程序。具有通用性.专用参数化编程开发系统将机床特性直接编入参数化编程程序中，只能适应于一种或一个系列机床和一系列同类型的相似族类零件，对不同的数控装置和数控机床必须有不同的专用参数化编程软件.目前参数化编程的方法主 要有：一是数控软件厂家提供一个通用参数化程序，用户通过人机对话的形式，回答 提出的一些问题，用来确定一些具体的参数，形成具体数控机床的编程加工G代码程序；二是 提供参数化宏程序编制工具包，按其语法规则，由用户编制具体数控机床和具体零件系列的专用参数化编程程序。通用化的使用会使得在经济全球化的今天，满足制造业数控装置的一体化的迫切需求。2.面向柔性化加工零件加工的多样化和同类零件加工的相似性促进了参数化开发的产生和完善，柔性加工是一种灵活性，集成度和差异性很高的加工概念，他不仅对加工的机床结构和数控系统提出了新的更高的要求，对于加工工艺规划的通用性，工艺参数的快速设置和合理反馈和加工约束及加工路线的确定也提出了新的要求。面对加工需求与种类的高速发展，参数化开发也需要跟上时代的脚步，在现代工业加工中，加工批量更少，灵活性和短期性更高，必须适应加工模式与工艺内容的快速转换，参数化开发技术就要实现各种参数的控制，将由于加工需求而改变的加工机床及刀具参数通过变量控制直接反馈与参数化生成的机加工NC代码，通过软件编译转换，编程机床可识别的加工G代码。3.处理参数变化对于参数化标准零件的G代码通过参数进行范围控制，对于不同加工环境与工况，实时直接的反馈于G代码上，使之能最大限度最快适应变化，并针对相似零件进行兼容，对机床及其加工精度需求与工艺需求等各种数据变化进行直接的加工G代码修正，但参数化本身对于参数的控制并不是完全且绝对的，对于一些条件变化缺乏应答对策，这也是当今参数化开发重点攻克的对象，本设计也未能完成参数控制程度的突破与超越。4.面向CAD用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。在CAD中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。1.6 参数化编程的开发方法参数的配置需要按照具体的要求或者目的来进行。目前参数化技术大致可分为如下三种方法： （1）基于几何约束的数学方法；其中数学方法又分为初等方法（Primary Approach）和代数方法（Algebraic Approach）。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制。（2）基于几何原理的人工智能方法；人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好。（3）基于特征模型的造型方法。特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨。 以上都是软件参数化开发的常用方法，作为参数化编程的主要发展思路的主要的开发方法几何约束方法又有以下几种开发思路：1、利用高级语言将G代码生成需求的关键参数直接进行控制，这种方式灵活性高，可控制性强，缺点是工作量大，编制困难，容易出错。2、软件商提供一个交互式参数化开发代码书写器 (Post Writer)，用来确定一些具体参数， 用户回答后，就形成了针对具体机床的专用参数化软件。这种方式的优点是简单方便，缺点是形成的数控文件灵活性差，难以令用户随心所欲。3、软件厂商直接为对应零件与数控系统以及不同布局的机床类型专门编制专用的参数化零件程序，优点是用户无需自己开发软件，容错性也较强，缺点是当机床与数控系统以及零件加工参数增减时需要重新开发对应软件。4、软件厂家提供一个软件编制工具包，它提供一套语法规则，由用户编制针对具体机床具体零件的专用参数化编程程序，特点是既灵活又简便，不过用户需要额外掌握一种“语言”。一般提供一个通用的Post软件包，做参数化操作时，Post负责调入机床参数及加工参数，并根据加工参数及零件刀具结构约束，由Post去调用软件预存参数变量控制相应的宏(子程序)，该宏将参数控制变量嵌套到G代码文件中转换成相应机床的指令格式并进行必要的计算。本课题研究的是铸件泵壳的外观参数化编程，由于加工程序不算复杂，加工参数量适中，并且这类零件并没有相应的参数化编程开发包和常用加工软件的参数化支持，故本课题决定使用几何约束方法中的第一种手动编程开发方法，直接使用JAVA及手动编程控制泵壳加工NC程序参数，开发此族类泵壳通用参数化NC代码编程软件。2 总体规划2.1课题的主要内容和基本要求本课题的主要开发内容是为目标泵壳开发基于FANUC 0iM系统的德玛吉五轴三联动加工中心NC代码参数化编程软件。课题的主要内容有：利用JAVA语言编写的泵壳零件专用参数化编程系统的工作流程，并以德玛吉五轴三联动加工中心DMU60M为例，分析通过参数控制与JAVA编程计算出加工刀路，并转换为数控机床能够直接识别的数控代码这一过程。基本要求：本参数化编程程序主要功能是将JAVA通过预设算法通过参数指定计算出刀路轨迹后自动生成NC程序。具体过程为：3个移动坐标XYZ和两个转动坐标系AC的值的运算；零件材料变化与硬度变化的刀路运算；刀具参数变化与铸件余量变化的刀路运算；零件缩放倍率的运算；最后根据前面运算所得数据生成最终NC程序需求的刀路轨迹坐标值X、Y、Z，绕X轴旋转的值A和绕Z轴旋转的值C与进给量等加工数据。以标准泵壳为典型参数化参照零件进行软件的开发。设计图幅不做要求，软件能够实现NC程序的输出，实现数控机床的五轴联动；设计说明书字数不少于20000字；参考文献不少于15篇；翻译与本设计相关的外文资料不少于3000汉字。2.2 进度计划与应完成工作1、2月25日-3月2日 熟悉参数化编程的相关知识；2、3月3日-3月9日 翻译一篇与数控专业相关的英文论文；3、3月10日-3月31日 掌握JAVA编程语言；5、4月1日-4月13日 确定程序开发方案；6、4月14日-4月20日 参数化编程算法与刀路循环分析；7、4月21日-4月27日 运用JAVA语言对后置处理编程；8、4月28日-5月11日 程序调试，测试所生成的NC加工程序，并修改程序；7、5月10日-5月19日 仿真实验；8、5月20日-5月30日 编写论文。3 开发思路3.1参数化编程软件开发基本思想及步骤成组技术 ( G r o u p T e c h n o l o g y ，G T )的基本原理 是根据零件的结构形状特征、工艺过程特征和加工方 法等相似性，对多种产品的各种零件按规定的法则系 统地标识其相似性，打破多品种的界限，按一定的相 似程度将零件分类编组，再对成组的零件制订统一的 加工方案，实现生产过程的合理化。它突破了局限于 单一产品的批量概念，以成组批量代替单独批量。寻 求解决这一组问题相对统一的最优方案，使中小批量 生产也能够采用技术先进的自动化设备，充分发挥数 控机床柔性制造能力和工序集约化的特点，提高生产 效率，稳定质量，降低成本，以取得所期望的经济效益。基于G T - N C参数化编程思想就是将具有相似结构或工艺特征的零件分为一组，针对该组零件，通过使用变量而不是特定尺寸数据和加工数据来进行数控编程。此过程包含决策，基于已知数据并带有某种约束，如可将切削加工工艺条件、切削刀具材料、机床、尺寸、表面粗糙度等设为变量，建立它们之间的约束关系，并据此设计、编写出切实可行、通用性强的相似零件的数控加工程序。基于 G T - N C参数化数控编程 的实现步骤主要包括 ： ( 1 )确定宏程序所要完成的 目标，放弃不切实际的部分 目标。 ( 2 )反复研究类似零件图纸，确定哪些特征不变 ，哪些特征可能发生变化，试图预测哪些特征可能会在后面的相似图纸中存在。 ( 3 )绘制一张工作草图，尽可能示意性的给出宏程序的全部特征，如程序中的编程零点、刀具的起始点、换刀点等；在宏程序中使用的数学公式及其关系，也要在草图中体现出来。 ( 4 )收集信息、拟定合理的刀具路径。在拟定刀具路径时，尽量收集多方面的信息 ，考虑刀具如何靠近工件，切削工件，切削完成后离开的方法，是使用一把刀具还是必须使用多把刀具 ，刀具路径是否唯一，起始点是否安全，计算深度、宽度 、步距宽度、走刀次数、钻孔间隙、粗加工、精加工、主轴转速和进给速度等因素。( 5 )识别和组织变量数据，确定哪些局部变量将会在 G 6 5命令程序段中定义为自变量。 ( 6 )设计程序流程，以反映编程目的、思路及过程。 ( 7)编程实现。 3.2 五轴联动机床结构分析本设计开发的软件针对于德玛吉五轴数控机床，德玛吉五轴机床数控加工中心由三个平动轴和两个回转轴构成，工作类型是工作台双回转类型。此类型特点是两个回转轴都作用于工件上，由定轴到动轴顺序为ABC。通常情况下，运动计算均假定机床各运动轴处于相互正交或平行状态，对于具有道具双摆动及工作台双转动形式的机床，还进一步假定了其回转轴线垂直相交，而无需考虑机床结构误差（轴垂直度误差、轴平行度误差、回转轴间不相交等）。对于目标泵可NC加工程序而言，五轴三联动机床相对于普通机床具有工作台旋转功能，对通常加工需要多次装夹的零件可以通过工作台旋转一次加工完毕，五轴三联动的NC程序生成主要包括加工坐标统一以及单方向NC程序之间的工作台旋转指令，通过结构分析计算转动轴转动角度和转动后3个移动坐标XYZ的值的变化与求解。图3.2为普通德玛吉立式双转台式五轴加工中心工作台的结构示意图，工作台固定于机床固定平台上，刀轴矢量变化通过平台的转动进行时现，当平台转动之后，固定在回转工作台上的泵壳零件也随着工作台转动响应角度，对应的加工坐标系会产生变化（角度变动、距离变动等），因此，计算转角之后重新进行名义坐标的转换计算得到最终NC程序所需坐标。图3.2对于不同的坐标系统的转换在本质上来说都是不同基准间的转换，不同基准的转换方法很多，本课题采用了最为直观的手动转换编程方法进行控制转换。对于立式双转台五轴联动加工中心而言一般基轴指的是第四轴即X轴向转动轴，第五轴即Z轴向转动轴为依赖轴。A、C变量定义的是机床第四轴、第五轴的转角，由于转动角度对于绝对坐标系与名义坐标西的值应该是一致的，一次定义为A、C。通过转角位置以及坐标转换就可以得到加工坐标系在工件坐标系的位置。参数化软件从使用者处得到变量，通过内部算法和控制逻辑，生成对应的X、Y、Z、A、C五个坐标，这就是五轴三联动机床的联动的参数化，加工刀轴矢量确定AC数值，原因是对于立式加工中心一般刀具角度不能任意转动或者不可转动，只能在XZ平面内进行平移移动，如果需要刀具与工件呈指定角度进行加工就必须通过第四第五轴的转动来实现。对于机床而言只要同时给出XYZAC坐标就可以进行完整的NC五轴加工。加工步骤等需要截图说明五轴加工思路及参数化变量控制方式，详参参考论文3.3 运动学参数化3.3.1 A、C转角的参数化控制当工作台（工件）相对刀具转动时，规定其转角以顺时针方向转动为正方向。将刀轴矢量a绕Z轴顺 时针转动C角到(-Y)(+Z)平面上，再将刀轴矢量绕X轴顺时针转动A角到与Z坐标方向一 致，这样就完成了刀轴矢量的转换，即刀具相对于工件的转动或摆动。 对于五轴数控机床，为实现以上转换，工作台的动作为工作台绕C回转轴顺时 针转动C角，工作台A回转轴顺时针转动A角。故参数化控制机床旋转方式再配合NC加工需求即可控制工件加工的旋转，分别针对刀具旋转式五轴机床及工作台旋转式五轴机床进行变量设置，控制旋转NC代码满足加工需求。具体控制变量为机床旋转方式，假设加工机床的旋转方式是刀具绕工件旋转，则：机床A轴顺时针旋转，A为负值；机床C轴顺时针旋转，C为负值；当加工机床式双工作台转动时：机床A轴顺时针转动，A为正值；机床C轴顺时针转动，C为正值；当加工机床为刀具工作台双转动（一般C轴为工作台转动）：机床A轴顺时针转动，A为负值；机床C轴顺时针转动，C为正值；针对不同机床的实际情况，通过参数控制机床旋转编程的AC数值，能实时地针对加工机床的类型进行修改3.3.2 机床运动坐标XYZ的参数化控制机床运动坐标X、Y、Z参数化控制需求机床刀具参考点求刀具参考点Oc(xc，yc，zc )经工作台(工件)转动后在机床加工坐标系OrXYZ中的位置坐标，即机床的运动坐标X、Y、Z。对NC程序进行分析，将机床不同加工平面的NC程序编程原点进行统一，并将不同基准面加工的NC代码进行偏置转换，并通过JAVA实现循环控制，输出NC代码的XYZ坐标值具体计算可通过图3.1、3.2示例；附 图3.1：第一次装夹编程原点示意附 图3.2：第二次装夹统一加工坐标系原点示意上图显示当五轴机床同时加工泵体密封圈面和基座时坐标轴的统一，单个基准面的加工通过JAVA进行偏置，保证编程原点的统一。当NC程序编程原点统一之后，通过控制刀具半径、切深、余量、切深对XYZ值进行逻辑运算并输出NC程序，计算方式如下：圆弧面：外圆半径R=X=Y；圆环宽度D；刀具半径m；余量l；切深h；精加工余量u； （R-D）=R-D (R-D) (u+h)=u (u+h)对具体NC程序坐标系的设置需要反映机床部分信息及数据，参数化编程的家工作表转化统一是围绕机床加工坐标系坐标原点和坐标轴变化进行的，对五轴加工中心而言，机床加工坐标系原点只有设在A,C旋转轴的交点，才能保证坐标转换统一之后旋转加工的NC程序的正确性。3.3.3 增量值编程的角度值修正 如图3.3所示 绝对值值编程中当转台由A位置转到B 位置时，算出角度值将由300多度变到几度，二十几情况是B位置是300多度，这就是跨象限角度计算问题，简称过象限。由于机床的参数可知，只有C角具有过象限问题，解决方法是定义变量C1，C2分别保存旋转前后两位置C角度值，并求差获得，将差值赋回C角度值上：C=C+；在机床旋转加工时，NC程序中增量旋转编程可能出现这种状况，前后旋转角度差超过，如C=后C=，=，实际情况是工作台无需旋转，不需要旋转一周，因此，当时需要进行参数控制判断：() ；() ； 图3.3，过象限问题示例图 3.3.4 刀具参数处理在机床、刀具和工件等条件一定的情况下，切削用量的选择兼具灵活性和能动性，为了充分发挥机床和刀具的功能，使生产效益最大化和保证加工质量，可以考虑针对不同加工环境调整切削用量，例如选择合理的进给量可以最大限度的挖掘生产潜力，降低加工成本和提高劳动生产率；选择合理的转速可以调高表面加工质量和整天加工速度；但是如果选择不当，轻则造成浪费，重则危及生产安全。在记性数控编程时，会根据具体工况，在一定范围内通过查表或经验估计给定一个固定的进给量F。但是随着加工环境和工艺参数的变化，实际的加工进给量和转速也要相应变化，然而通常的NC程序不能简单直观的改变进给量和转速以适应加工的变化，太大的进给量影响表面加工质量，对刀具寿命也有很大影响，进给量太小则不能充分发挥机床与加工优势，为了改变这种一旦某一加工参数变化导致NC程序不可使用必须重新生成的问题，可以通过使用参数化变量而不是特定的加工数据和尺寸数据来控制进给量和转速的数值。参数化刀具参数控制进给量和转速可通过常用刀具参数算法公式进行计算：（式3.3.4.1）（式3.3.4.2）v：切削线速度（受刀具耐用度限制），m/min；D：刀具直径，mm；n：主轴转速，r/min；f：进给量，mm/min；h：每齿切削厚度，mm/齿；z：铣刀齿数，齿/r；其中，切削线速度v，刀具直径D，刀具每齿切削厚度h，铣刀齿数z都可以通过查表和实际加工确定，计算所得n，f均为理论值，还需要结合实际加工进行修正计算式先通过查表获得切削线速度和实际加工的刀具直径计算得到主轴转速，然后结合切削厚度等其他参数计算出进给量。计算之后获得的进给量和转速可以通过参数化编程软件随时更改并再生，实时根据加工工况变化而无需重新构建NC程序。实际生成的NC程序对比：途中SF均为通过参数计算得出的理论值4 软件设计说明4.1 Java语言的特点 1、Java语言是简单的。Java语言的语法与C语言和C+语言很接近，使得大多数 程序员很容易学习和使用Java。另一方面，Java丢弃了C+ 中很少使用的、很难理解 的、令人迷惑的那些特性，如操作符重载、多继承、自动的强制类型转换。特别地，Java 语言不使用指针，并提供了自动的废料收集，使得程序员不必为内存管理而担忧。 2、Java语言是一个面向对象的。Java语言提供类、接口和继承等原语，为了简单起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现 机制（关键字为implements）。Java语言全面支持动态绑定，而C+ 语言只对虚函数使 用动态绑定。总之，Java语言是一个纯的面向对象程序设计语言。 3、Java语言是体系结构中立的。Java程序（后缀为java的文件）在Java平台上被 编译为体系结构中立的字节码格式（后缀为class的文件）, 然后可以在实现这个Java 平台的任何系统中运行。这种途径适合于异构的网络环境和软件的分发。 4、Java语言是可移植的。这种可移植性来源于体系结构中立性，另外，Java还严 格规定了各个基本数据类型的长度。Java系统本身也具有很强的可移植性，Java编译器 是用Java实现的，Java的运行环境是用ANSIC实现的。 5、Java语言是解释型的。如前所述，Java程序在Java平台上被编译为字节码格式，然后可以在实现这个Java平台的任何系统中运行。在运行时，Java平台中的Java解释 器对这些字节码进行解释执行，执行过程中需要的类在联接阶段被载入到运行环境中。 6、Java是高性能的。与那些解释型的高级脚本语言相比，Java的确是高性能的。事实上，Java的运行速度随着JIT(Just-In-Time)编译器技术的发展越来越接近于C+。 7、Java语言是多线程的。在Java语言中，线程是一种特殊的对象，它必须由Thread 类或其子（孙）类来创建。通常有两种方法来创建线程：其一，使用型构为Thread(Runnable) 的构造子将一个实现了Runnable接口的对象包装成一个线程，其二，从Thread类派生 出子类并重写run方法，使用该子类创建的对象即为线程。值得注意的是Thread类已经 实现了Runnable接口，因此，任何一个线程均有它的run方法，而run方法中包含了线 程所要运行的代码。线程的活动由一组方法来控制。Java语言支持多个线程的同时执行， 并提供多线程之间的同步机制（关键字为synchronized）。 Java语言的优良特性使得Java应用具有无比的健壮性和可靠性，这也减少了应用 系统的维护费用。Java对对象技术的全面支持和Java平台内嵌的API能缩短应用系统 的开发时间并降低成本。Java的编译一次，到处可运行的特性使得它能够提供一个随处 可用的开放结构和在多平台之间传递信息的低成本方式。特别是Java企业应用编程接口 （JavaEnterpriseAPI）为企业计算及电子商务应用系统提供了有关技术和丰富的类库。正是由于java语言具有如此多的优点和对参数化编程逻辑实现的良好适应性，本课题开发的参数化编程软件决定全部采用java语言编写实现。4.2 参数化编程软件总体机构图4.2 软件总体结构图4.3 参数化编程流程4.3.1 NC程序输出流程图4.3程序输出流程结构图4.4 单个参数参数化编辑流程图4.4 单个零件参数化流程示意图用户对于参数化编程可能不是每个参数都要自行设定，对于参数更改需求不一，如果每次修改参数都要全部参数都进行重新设定很不人性化，故可通过不改动参数默认值，只对某一道工序加工进行参数改变，能更容易的达到加工要求，灵活性更高使用效果也更好4.5 参数化编程软件说明软件界面是程序和用户交互的窗口，界面设计的好坏体现了软件面对用户的友好程 度。软件启动画面如图4.5所示。户界面是用户使用软件的窗口和助手，一个好的软件窗口能让使用者更快的把握软件特点，更好更快的掌握软件，让人机对话更加简单直观。软件的名字泵壳参数化编程为的就是让使用者能第一时间了解软件的用途。软件设计无论按钮还是界面都尽量以简约