木工板材数控多排钻加工自动编程系统

发布时间：2020-08-20 14:16

【摘要】：随着板式家具的快速发展,家具加工行业对板材加工机械设备的加工精度、自动化程度等都提出更高的要求,同时板材加工过程的准确性、高效性和智能化程度受到了越来越多的关注。多排钻作为一种板式家具的木工加工机械,需要专用的具有路径规划和校核的自动编程技术,以满足日益增长的准确、高效和安全加工需求。因此,本课题开发了一套多排钻机床自动编程系统,集成了板材CAD图形解析、路径规划、机床加工仿真与校核等功能。本文基于数控多排钻机床的加工工艺以及上下位机的控制系统结构,分析了上位机自动编程系统的加工路径规划和加工仿真校核两大功能需求,搭建了自动编程系统的整体架构,并对架构中板材图形解析、路径规划、仿真与校核模块进行了分析设计,总结了设计开发的关键技术。通过对数控多排钻机床运动模型的分析,提出了基于贪心法和二分搜索算法的路径规划算法。采用二分搜索算法进行加工孔的搜索,实现了多排钻机床钻座的位置规划,基于贪心算法实现机床加工工序的分配,对钻座加工路径和工序分配进行优化。基于模型/视图设计模式,设计了钻头加工参数的界面,实现了底层钻头数据和界面表格信息的分离。根据多排钻机床机构的位置特点,分析了虚拟加工中加工参数转换为板材加工数据的计算过程,阐述了仿真与校核模块中的数据处理过程。最后基于Qt中的openGL接口,设计了图形可视化过程对于几何数据的处理逻辑。在六排钻机床上搭建了自动编程系统的功能测试平台,测试了自动编程系统的加工路径规划和加工校核功能,并进行了多排钻机床现场加工测试。测试结果表明多排钻自动编程系统可以根据板材DXF图纸正确地规划出机床加工路径,并进行加工路径仿真和二维图形尺寸校核,在校核成功之后多排钻机床能够加工出符合要求的板材,验证了自动编程系统良好的可用性和实用性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS653
【图文】：

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华中科技大学硕士学位论文oodWOP，woodWOP 基于 Windows 操作系统[23][24]，它的主要特点包括速编程、DXF[25][26]格式下 CAD 图纸的导入、工件和加工流程的图形描述1，一个大的图形区域位于 woodWOP 界面的中心，工件、工序和夹紧装环境中显示。用户可以使用软件导入 DXF 格式的板材 CAD 图纸，用户界面中编辑板材图形，在确认板材图形之后，woodWOP 可以自动生成加工用户可通过编辑加工参数对排钻加工工序进行简单、快速的编程[27]，并形区域看到加工的板材图形，从而进行对照检查，对加工进行校核。

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图1-2 B_SOLID软件界面国内目前对于木工机械的编程系统研究很少，绝大多数木工机械生产厂家知识产权，基本都在买这些国外公司开发的编程系统用于木工生产，也没有系统的源代码。根据以上研究现状可以看到，我国木工机械数控系统对于上位机编程系统少，软件技术水平较为落后，基本上被国外企业形成垄断局面。国外的编程woodWOP 和 B_SOLID 以不同的形式集成了板材的加工路径规划功能和仿.2 加工路径规划算法的国内外研究现状在多排钻编程系统中，加工路径规划的功能是根据板材的 DXF 图纸信息进理，自动计算并规划出多排钻机床的加工路径。多排钻机床是通过控制多排

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华中科技大学硕士学位论文工路径图，并且显示出根据加工路径加工出的板材的二维图形，这种仿真方式属于几何仿真的范畴。国外对几何仿真技术的研究目前较为深入，已经开发出了很多成熟的仿真软件，商业化程度也比较高。CNC 公司开发的 Master CAM[48][49]软件仿真界面如图 1-3 所示，仿真部分整合了实体切削验证和刀具路径，让工件的参数调整和刀具的加工运动显示在同一个视图窗。日本索尼公司研究出了 FREDAM 系统，可以仿真出球头铣刀加工自由曲面[50]，并以三维模型在界面中显示刀具加工路径与零件模型。

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