【《数控机床非圆二次曲线实验样块的检测分析案例》4900字】

数控机床非圆二次曲线实验样块的检测分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u322数控机床非圆二次曲线实验样块的检测分析案例 1250561.1检测仪器及数据 1198981.1.1检测仪器 1138891.1.2精度检查 2145541.2宏程序与CAD/CAM编程性能对比 7315351.3对比结果分析 865921）宏程序程序编制过程简便 83982）宏程序程序段短 8253583）程序修改的难易程度 824344）宏程序的灵活性高 8133745）宏程序的加工精度高 974126）加工效率高 978081.4原因分析 9172781.1.1结构原理 94011.1.2加工工艺原理 101.1检测仪器及数据1.1.1检测仪器为了对样品尺寸和粗糙度进行精确的测量，本论文使用红外轮廓仪扫面零件轮廓，然后采集轮廓上点的坐标进行轮廓拟合分析，如图1.1所示。使用粗糙度轮廓仪对产品的粗糙度进行检测，如图1.2所示。图1.1红外线轮廓仪图1.2粗糙度轮廓仪1.1.2精度检查产品加工后要零件的尺寸进行精度检查。所谓加工精度是指零件加工后的几何参数尺寸、立何形状和相互位置的实际值与理想值之间的符合程度，而它们之间的偏离程度即差异,则加工误差的大小反映了加工精度的高低[41]。产品加工精度检查主要有以下三点。1）尺寸精度：限制加工表面与其基准间的尺寸误差不超过一定的范围。2）几何形状精度：限制加工表面的宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等。3）相互位置精度：限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。作为本次的研究对象非圆二次曲线零件，本文在检查过程中重点关注非圆二次曲线的拟合情况并加以检査、讨论，而忽略与本次研究对象无关项目的检査。拟合的好坏决定了加工质量的好坏，而加工质量的好坏直接决定了程序质量的好坏。在测量时直接反映拟合效果好坏的是产品的尺寸精度和表面粗糙度。因此本文重点分析研究在使用宏程序和自动编程不同程序下的样件加工的表面粗糙度和尺寸精度。本文使用粗糙度仪分别对使用宏程序编程和自动编程的三种曲面的表面粗糙度进行测量。测量结果如下图1.3所示。检查位置要求精度实际精度差值（自动-宏）宏程序自动编程椭圆Ra1.6Ra1.58Ra1.650.07抛物线Ra1.6Ra1.03Ra1.100.07双曲线Ra1.6Ra1.22Ra1.250.03图1.3粗糙度数据图将三种曲线分开测量，逐段比较。因为曲线的轮廓形状不一样，本身的走刀路径也不相同，加工时的切削量也不相同，所以不适合放在一起做比较。通过将相同轮廓的线段进行比较更有比较价值，保值保持实验中不变量的控制因素。通过测量数据不难发现不管是椭圆还是抛物线以及双曲线，采用宏程序编程加工的样件表面粗糙度均优于采用自动编程加工的样件表面粗糙度。其中椭圆:1.65-1.58=0.07μm抛物线:1.10-1.03=0.07μm双曲线:1.25-1.22=0.03μm1.4、1.5、1.61.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.61.4图1.5双曲线节点图图1.6抛物线节点图1.1-1.7695.7145.6780.036-2.0776.0726.101-0.029-2.9767.1857.1170.068-3.5457.5767.637-0.061-1.1077.9918.079-0.088-1.8528.6148.5730.041-5.7179.0799.0360.043-6.6589.3949.452-0.058-7.7369.7839.7400.043-8.8289.9899.9310.058表1.2-8.5679.8829.882-0.014-7.6869.7429.7420.014-6.8459.5139.5130.024-5.2778.7988.798-0.016-1.7828.5328.5320.002-3.6287.7137.7130.007-2.4466.5136.513-0.039-1.8015.7285.7280.003-0.8651.1091.1090.041-0.2692.3142.3140.011表1.3-15.32610.15710.162-0.005-16.33710.70410.6480.056-17.87711.35611.3480.008-19.57312.06512.072-0.007-20.78512.57612.5640.012-22.51313.24713.2340.013-21.16513.77413.844-0.070续表1.3-25.44311.30511.2980.007-26.68511.77511.7260.049-27.24811.92111.9160.005表1.4-15.55910.26110.276-0.015-17.20511.09311.0480.045-18.56211.66211.6460.016-19.69412.13212.1220.010-20.88612.56312.604-0.041-23.10613.47313.4560.017-21.06013.81213.8060.006-25.24911.20511.23-0.025-26.46811.69311.6520.041-27.20611.96211.9020.060表1.5-28.73513.56713.9120.004-30.95212.41812.1810.006-33.17911.62310.6930.021-31.81210.6359.8740.002-36.7749.8559.3430.043-38.5939.3179.3980.009-41.4299.55310.4710.003-41.86212.35310.7180.024-43.93412.90612.097-0.032-46.24111.17213.902-0.007表1.6-29.17313.89213.563-0.020-30.64212.21312.4120.032-31.73610.73411.6020.041续表1.6-33.2839.85210.633-0.022-31.9689.3769.8120.033-37.1729.4379.3080.039-39.25310.4429.550-0.029-41.24810.69212.329-0.026-45.04312.13812.9380.041-46.57613.94311.1790.0411.71.71.2宏程序与CAD/CAM编程性能对比通过加工后的检查结果对比可以清楚的看出两者之间的不同点。下面将通过一个表格对比，如表1.8所示。从编程的过程，程序的简易程度，工件的加工时间，程序修改的难易程度，加工后的产品精度进行比较。表1.8对比列表对比内容软件编程宏程序程序编制过程首先绘制草图，接着通过实体命令建立三维模型。然后设置加工参数，再经后处理生成程序宏程序首先计算出步长，然后转化变量关系，直接编程程序的长度程序段为650段程序段为290段程序的加工速度粗加工加工时间为5分48秒粗加工时间为4分15秒程序的加工精度椭圆粗糙度为Ra1.65,抛物线的粗糙度为Ra1.10，双曲线的粗糙度为Ra1.15。尺寸误差椭圆的极限误差为0.156，平均误差0.0053，标准差0.055，抛物线的极限误差为0.126，平均误差0.0086，标准差0.032，双曲线的极限误差为0.07，平均误差0.013，标准差0.03椭圆粗糙度为Ra1.58,抛物线的粗糙度为Ra1.03，双曲线的粗糙度为Ra1.22。尺寸误差椭圆的极限误差为0.08，平均误差0.0033，标准差0.021，抛物线的极限误差为0.085，平均误差0.0114，标准差0.03，双曲线的极限误差为0.07，平均误差0.013，标准差0.03程序的可控性生成后的程序若想改变任一个参数都需要重新设置、修改、甚至重新绘制三维模型，重新生成加工程序，可控性极差当加工条件改变时，宏程序可以随时更改相关参数，以适应新的加工需求1.3对比结果分析通过两种程序的对比可以得出以下结论：1）宏程序程序编制过程简便通过对比发现在使用自动编程软件编程时，首先需要将二维图纸转化成三维图纸，然后再通过自动编程模块各种参数设置生成程序。在使用宏程序编程时，在完成对非圆二次曲线步长计算之后，便可直接进行语言代码的编写。所以宏程序程编程更加简便。2）宏程序程序段短通过两种方法编写出来的程序可以明显的发现，使用自动软件编程时程序的程序段长度为650段，而使用宏程序编程时程序的程序段为290段。因此明显发现使用宏程序编程时的程序段长度较小。3）程序修改的难易程度不管是宏程序还是自动编程软件编程，都需要对加工程序进行调试和试切。一旦程序出现问题，因为宏程序程序段少但程序结构严谨，容易被理解解读，所以可以更加快速地完成检查，修改工作。而自动编程软件需要从最初的图纸转化，参数设置，代码生成设置等过程进行检查。所以说宏程序的修改更加的方便。4）宏程序的灵活性高在对同一型号不同尺寸的产品进行生产时，宏程序的灵活性更高。例如同样制作两个直径不同的圆，使用自动软件编程时需要绘制两个直径大小不一样的圆，然后重新绘制图形生成程序，而使用宏程序编程时，只需要调整控制圆直径参数代码的尺寸，就可以完成程序的编写，所以说宏程序的灵活性更高。5）宏程序的加工精度高通过上述的测量结果对比发现，使用宏程序加工的三种曲线部位粗糙度均没有超过Ra1.6，而是用自动编程软件的在椭圆部位粗糙度超过了Ra1.6。此外在使用宏程序加工二次曲线时，曲线的尺寸极差小，尺寸波动幅度小；误差平均值小，拟合轮廓较好，误差标准差小，拟合过程更加平稳。而使用自动编程软件时，尺寸偏差波动较大，拟合轮廓较差。6）加工效率高通过上述加工时间对比，可以明显发现自动编程加工时间为5分48秒，宏程序加工时间为4分15秒，因此使用宏程序的加工时间更短，效率更高。1.4原因分析通过上述对比发现使用宏程序对非圆二次曲线零件在车床上加工具有许多优势。那么为什么会有这些优势呢？下面将探究宏程序对比自动编程优势所在的原因。从机床的工作原理，自动编程生成程序的运算过程，宏程序编程的语言结构特点出发去寻找深层次的原因。1.1.1结构原理1）数控机床的工作原理首先从数控机床的工作原理分析：数控系统软件主要有前后台型和中断型两种结构类型，其工作方式都是同时处理插补和控制伺服。由于非圆二次曲线形状较为复杂，在插补时需要处理大量的数据，同时需要很高的响应速度[26]。一般的数控系统只具有直线插补和圆弧插补两种插补功能。因此对于非圆二次曲线的处理方式大多采用先微分后积分的方式进行处理，首先将零件轮廓大的曲线按照一定的算法微分成若干个小的曲线段，然后求出若干个小的曲线各个起点和终点之间的节点坐标，最后采用小段直线或小段圆弧来积分合成整个大的零件轮廓曲线，用直线插补和圆弧插补指令近似加工出零件轮廓[42,43]。当知道数控机床只能完成直线插补和圆弧插补时，在完成非圆二次曲线零件采用拟合法完成加工时，那么影响非圆二次曲线零件加工质量的必然跟节点的数量以及步长有关。2）宏程序的语言结构特点通过宏程序的编程过程以及概念介绍可以知道由于采用宏程序可以用多种类型的变量如局部变量、全局变量、系统变量，以及数学、逻辑等运算符，免去了很多手工计算，让数控系统自动计算、判断。可以使用类似计算机语言的转移、循环等控制功能指令，减少编程语句数量，有效满足用户不同加工需求。因此在采用宏程序编程时可以准确的控制非圆二次曲线加工的步长，然后通过数控系统自动运算功能算出节点。因此在加工时可以更好的控制加工精度。3）自动编程软件编程过程（云点密集）通过对自动编程软件是如何获取图形信息进行分析可以了解到自动编程软件获取零件轮廓信息的一个基本过程。如果图形为直线，则读入直线的起点和终点坐标，存入走刀路线LatheProfile链表中。如果图形为圆弧，则首先读入圆弧起始角度、圆弧终止角度、圆心坐标和圆弧半径，根据上述数据计算出圆弧的起点坐标和终点坐标，存入LatheProfile链表中。如果为非直线和圆弧，则通过离散该曲线为一系列的直线，存入LatheProfile链表中。直到读完DXF文件中所有的零件几何信息，对链表中的几何信息进行遍历就可以在系统用户界面上按轮廓加工可视化输出车削零件的二维图形[44]。1.1.2加工工艺原理1）精度高的原因通过上述发现，自动编程软件在对二次曲线数据处理时，采用了拟合法。从软件的编程菜单命令功能来看，是无法控制其拟合的步长。这个拟合的过程是在将图像转化成数字信息的时候完成的，通过LatheProfile自动完成的步长拟合，而非在生成程序是完成的，所以无法控制其拟合的步长。这也就导致了使用宏程序加工比自动编程加工产品精度高的原因。2）灵活性强的原因其次宏程序是对刀轨进行描述，而自动编程是对图形