非圆异形外圆活塞的数控加工系统及控制方法

摘要

本发明提出了一种非圆异形外圆活塞的数控加工系统及控制方法，涉及数控加工技术领域，非圆异形外圆活塞的数控加工系统，包括：程序模块、数据模块和控制执行模块，程序模块用于提供控制加工的程序；数据模块用于提供与所述程序相对应的数据；控制执行模块同时匹配一组或多组程序和数据。非圆异形外圆活塞的数控加工系统的控制方法，包括以下步骤：a、根据要加工的工序选择一组或多组程序和数据，所述数据与所述程序相对应；b、将所述程序和所述数据匹配后，同时输出，实现多种工序同时执行。本发明将多种加工工艺融为一体，一次性装夹就能完成多个工序的加工，减少了上下料的时间，保持着高精度，高速度的优势，大大提高了加工效率和精度。

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，特别是指一种非圆异形外圆活塞的数控加 工系统及控制方法。

背景技术

传统活塞加工工艺大约需要十一个工序，将环槽工序、精切顶面、铁环、 倒角、外圆精加等工序用独立的加工设备单工位加工，占用人力资源多，设备 投资大，由于多工序加工精度难以保证，活塞质量不稳定。

发明内容

本发明提出一种非圆异形外圆活塞的数控加工系统及控制方法，解决了现 有加工工艺工序多、精度低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种非圆异形外圆活塞的数控加工系统，包括：程序模块，用于提供控制 加工的程序；数据模块，用于提供与程序相对应的数据；和，控制执行模块， 用于匹配程序和数据，并控制车床的各加工部件运行；控制执行模块同时匹配 一组或多组程序和数据，实现同时执行一种或多种工序的加工。

作为本发明的进一步改进，程序模块包括：用于输入程序的代码输入模块， 和，用于检查程序是否正确、并将正确程序下载到控制执行模块的代码下载编 译模块；数据模块包括：用于输入数据的数据输入模块，用于检查数据是否正 确的数据生成模块，和，用于将正确数据下载到控制执行模块的数据下载模块。

作为本发明的进一步改进，数据输入模块包括：电机轴参数输入模块，电 机轴参数包括机床水平轴和垂直轴的位置以及相应的偏移量；和，型线参数输 入模块，包括：椭圆度模块、形线模块和横截面参数模块；椭圆度模块中椭圆 度参数包括：活塞裙部的多个高度以及与高度一一对应的椭圆度，和活塞头部 的多个高度以及与高度一一对应的椭圆度；形线模块中形线参数包括：活塞裙 部的多个高度以及与高度一一对应的直径减量，和活塞头部的多个高度以及与 高度一一对应的直径减量；横截面参数模块中横截面参数包括：标准椭圆、对 称偏心正圆和不对称偏心椭圆。

作为本发明的进一步改进，数据输入模块还包括：系统参数模块；系统参 数包括车床各个轴的正负软限位、手动速度、运动加速度、最大运动速度、最 大加速度、回零速度、润滑时间、润滑周期和主轴转速调整系数。

作为本发明的进一步改进，代码输入模块包括：精加工模块，用于实现精 外圆加工、精顶加工、精插槽加工、圆弧倒角加工和直线插补倒角加工；和， 车铣模块，用于实现切槽和铣顶功能。

作为本发明的进一步改进，代码输入模块还包括：校正模块，用于对水平 轴和垂直轴进行补偿矫正。

作为本发明的进一步改进，还包括：人机数据交换模块，用于实现人机交 互；控制信息显示模块，用于显示当前的控制执行状态；报警信息显示模块， 用于通知用户，当前系统的工作状态，以及是否有报警信息；和，加密模块， 用于实时检测软件的合法性。

本发明还涉及上述非圆异形外圆活塞的数控加工系统的控制方法，包括以 下步骤：a、根据要加工的工序选择一组或多组程序和数据，数据与程序相对应； b、将程序和数据匹配后，同时输出，实现一种或多种工序同时执行。

作为本发明的进一步改进，步骤a中，输入程序的代码后，检查程序是否 正确，如果程序正确，则下载程序，否则，重新输入；输入数据后，检查数据 是否正确，如果数据正确，则下载数据，否则，重新输入。

作为本发明的进一步改进，数据包括：电机轴参数、椭圆度参数、形线参 数和横截面参数；电机轴参数包括机床各个轴的位置以及相应的偏移量；椭圆 度参数包括：活塞裙部的多个高度以及与高度一一对应的椭圆度，和活塞头部 的多个高度以及与高度一一对应的椭圆度；形线参数包括：活塞裙部的多个高 度以及与高度一一对应的直径减量，和活塞头部的多个高度以及与高度一一对 应的直径减量；横截面参数包括：标准椭圆、对称偏心正圆和不对称偏心椭圆； 程序包括：精加工程序和车铣程序；精加工程序实现精外圆加工、精顶加工、 精插槽加工、圆弧倒角加工和直线插补倒角加工；车铣程序实现切槽和铣顶功 能。

本发明的有益效果为：

1、本发明将多种加工工艺融为一体，一次性装夹就能完成多个工序的加工， 减少了上下料的时间，保持着高精度，高速度的优势，大大提高了加工效率和 精度。

2、本发明完成了椭圆加型线的功能，把活塞的加工简单化，模块化，减少 了员工的劳动强度提高了生产效率，使得活塞的整体尺寸到了保证，经过专用 检测设备的检测，完全在公差范围内。

3、本发明通过模块化设计、使用Vs2008平台，采用最先进的c#编程语言， 配合强大的活塞控制算法，提高了控制性能，降低了控制难度，大大提高了加 工产品的精度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明非圆异形外圆活塞的数控加工系统的一个实施例的结构示意 图；

图2为本发明中数据输入模块的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明代码输入模块的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明中非圆异形外圆活塞的数控加工系统的控制方法的一个实施 例的流程图。

图中：

1、人机数据交换模块；11、代码输入模块；111、精加工模块；112、车铣 模块；12、代码下载编译模块；21、数据输入模块；211、电机轴参数输入模块； 212、型线参数输入模块；2121、椭圆度模块；2122、形线模块；2123、横截面 参数模块；22、数据生成模块；23、数据下载模块；2、控制执行模块；3、加 密模块；4、制信息显示模块；5、报警信息显示模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为根据一些说明性实施例非圆异形外圆活塞的数控加工系统 的结构示意图。

一些说明性实施例的非圆异形外圆活塞的数控加工系统，包括：程序模块， 用于提供控制加工的程序；数据模块，用于提供与程序相对应的数据；和，控 制执行模块2，用于匹配程序和数据，并控制车床的各加工部件运行；控制执行 模块2同时匹配一组或多组程序和数据，实现同时执行一种或多种工序的加工。

优选地，程序模块包括：用于输入程序的代码输入模块11，和，用于检查 程序是否正确、并将正确程序下载到控制执行模块2的代码下载编译模块12； 数据模块包括：用于输入数据的数据输入模块21，用于检查数据是否正确的数 据生成模块22，和，用于将正确数据下载到控制执行模块2的数据下载模块23。 代码下载编译模块12将各程序下载到控制执行模块2，数据下载模块23将数据 下载到控制执行模块2，程序和数据相互独立，由控制执行模块2根据要完成的 工序选择匹配程序和数据，进而实现同时执行多种工序的加工。

如图2所示，为根据一些说明性实施例数据输入模块的结构示意图。

一些说明性实施例的数据输入模块21包括：电机轴参数输入模块211和型 线参数输入模块212，两者相互独立，其中：电机轴参数包括机床各个轴的位置、 进给量以及相应的偏移量；型线参数输入模块212包括：椭圆度模块2121、形 线模块2122和横截面参数模块2123。

实施例中，电机轴包括垂直轴和水平轴，相应地，电机轴参数包括垂直方 向和水平方向电机轴的位置以及相应的偏移量；活塞分为裙部和头部，分别将 裙部和头部的高度按照不同的椭圆度划分为多个高度范围，相应地，椭圆度参 数包括：活塞裙部的多个高度以及与高度一一对应的椭圆度，和活塞头部的多 个高度以及与高度一一对应的椭圆度；形线参数包括：活塞裙部的多个高度以 及与高度一一对应的直径减量，和活塞头部的多个高度以及与高度一一对应的 直径减量；横截面参数包括：标准椭圆、对称偏心正圆和不对称偏心椭圆。

上述实施例中将活塞的型线参数分为椭圆度、高度、直径减量以及横截面， 并且将活塞的高度根据不同的椭圆度划分不同的范围，将高度与直径减量对应， 结合横截面参数，实现通过一个工序就完成对活塞外形的加工。

如图3所示，为根据一些说明性实施例代码输入模块的结构示意图。

一些说明性实施例的代码输入模块11包括：精加工模块111，用于实现精 外圆加工、精顶加工、精插槽加工、圆弧倒角加工和直线插补倒角加工；和， 车铣模块112，用于实现切槽和铣顶功能。实施例中将圆弧倒角加工和直线插补 倒角加工的程序结合在精外圆加工、精顶加工、精插槽加工中，无需单独加工 倒角。

一些说明性实施例的非圆异形外圆活塞的数控加工系统，数据输入模块21 还包括：系统参数模块；系统参数包括车床各个轴的正负软限位、手动速度、 运动加速度、最大运动速度、最大加速度、回零速度、润滑时间、润滑周期和 主轴转速调整系数。

一些说明性实施例的非圆异形外圆活塞的数控加工系统，代码输入模块11 还包括：校正模块，用于对水平轴和垂直轴进行补偿矫正，使用查表原理和直 线插值原理，使用赫米特样条进行拟合，突破常规的样条曲线拟合算法，这种 拟合保证了拟合出来的曲线过原始给定点，并且位置、速度、加速度连续，矫 正后的水平轴的水平度和垂直轴的垂直度可以更高。

一些说明性实施例的非圆异形外圆活塞的数控加工系统，还包括：人机数 据交换模块1，用于实现人机交互；控制信息显示模块4，用于显示当前的控制 执行状态；报警信息显示模块5，用于通知用户，当前系统的工作状态，以及是 否有报警信息；和，加密模块3，用于实时检测软件的合法性。

优选地，控制执行模块2采用PMAC伺服控制系统；代码优选G代码。

本发明还涉及上述非圆异形外圆活塞的数控加工系统的控制方法，包括以 下步骤：

a、根据要加工的种类选择一组或多组程序和数据，数据与程序相对应；

b、将程序和数据匹配后，同时输出，实现多种工序的加工同时执行。

优选地，步骤a中，输入程序的代码后，检查程序是否正确，如果程序正 确，则将程序下载到控制执行模块，否则，重新输入；输入数据后，检查数据 是否正确，如果数据正确，则将数据下载到控制执行模块，否则，重新输入。

如图4所示，为根据一些说明性实施例非圆异形外圆活塞的数控加工系统 的控制方法的流程图。

实施例中整个系统的运行步骤如下：

S1：程序循环开始，循环检测是否有程序或数据输入；

S11、S12、S13：输入程序的代码后，检查程序是否正确，如果程序正确， 则将程序下载到控制执行模块，否则，重新输入；

S21、S22、S23：输入数据后，检查数据是否正确，如果数据正确，则将 数据下载到控制执行模块，否则，重新输入；

S3、S4：根据需要加工的工序要求，将下载后的多组数据和程序匹配后， 同时输出，实现多种工序的加工同时执行，加工结束后，程序循环结束。

由于大多活塞都是椭圆加型线的模式，而并非正圆，精外圆加工困难，传 统加工模式是采用模具和仿形刀架即配钥匙的模式，由于弹簧形变的因素，主 轴转速最高只能到800转/分钟，且椭圆型线尺寸变形量大，尺寸很不稳定，传 统工艺加工的活塞精度较低。

本发明实施例中将活塞的型线参数分为椭圆度、高度、直径减量以及横截 面，并且将活塞的高度根据不同的椭圆度划分不同的范围，将高度与直径减量 对应，结合横截面参数，将圆弧倒角加工和直线插补倒角加工等程序结合在精 外圆加工、精顶加工、精插槽加工中，无需单独加工倒角，实现通过一个工序 就完成对活塞外形的加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。