热轧型钢轧辊孔型样板的CAD/CAM一体化系统

D0I:10.13374/j.issnl001053x.1995.03.014 第17卷第3期 北京科技大学学报 Vol.17 No.3 1995年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1995 热轧型钢轧辊孔型样板的CAD/CAM一体化系统 王秀美) 蒋一凡)刘莲英) 田爱华)鹿守理) 杨觉先2) )北京科技大学计算机系，北京1000832)北京北京科技大学压加系，北京100083 摘要：论述了轧辊孔型CAD/CAM一体化系统的意义并给出了系统的设计思想和体系结构图， 分析了在穿孔机与计算机之间引入硬件接口，在3B或4B语言与CARD系统之间引人软件接口 的关键技术.详细地介绍了轧辊孔型样板CAD/CAM一体化系统的实现技术. 关键词：计算机辅助轧辊孔型设计，计算机辅助孔型样板切割，计算机辅助轧辊制造 中图分类号TG332.17,TP391.73 Integrated CAD/CAM System of Roll Pass Samples for Hot Rolling Wang Xiumei Jiang Yifan Liu Liangying Tian Aihua Lu Shouli Yang Juexian? 1)Department of Computer Science,USTB,Beijing 100083,PRC 2)Department of Metal Forming.USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The significance,design and architecture diagram of the integrated roll pass CAD/CAM system is described.The key technique of introducing hardware interface between punching machineand computer as well as introducing software interface between 3B or 4B Language and CARD system is analysed.The implementation of the integrated CAD/CAM system for cutting roll pass samples is presented in detail. KEY WORDS computer aided roll pass design.computer aided cutting roll pass samples, computer aided roll manufacture 设计孔型的目的是车出带有设计的孔型的轧辊，如果设计工作是用计算机辅助设计，而 车辊制备是手工的，则势必影响轧辊的制造，因此必须加快车辊的计算机辅助制造(CAM)的 研究.将CAM与计算机辅助轧辊孔型设计(CARD)一体化，用计算机辅助进行从孔型设计 直到轧辊车削的全过程是研究方向，可使轧辊制造过程达到速度快、精度高、可靠性强，从而 使轧钢生产达到低耗、优质、高产. 1 热轧型钢轧辊CAD/CAM一体化系统的设计思想 1.1整体设计 图I给出了轧辊CAD/CAM的整体设计思想. 1993-12-04收稿 第一作者女0岁副教授

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ， 热轧型钢轧辊孔型样板的 一体化系统 王 秀美 ’ 蒋一 凡 ’ 刘莲 英 飞 田 爱 华 ’ 鹿 守理 ’ 杨 觉先 北 京 科技大 学 计算机系 ， 北 京 〕 阳 北 京 北 京科技大学 压加 系 ， 北 京 以洲〕 摘要 论述 了轧辊孔 型 人 一体化 系 统 的 意 义 并 给 出 了 系 统 的设 计 思 想 和 体 系 结 构 图 分析 了 在 穿孔机 与计算 机之 间引人硬件接 口 ， 在 或 语言 与 系 统 之 间 引 人 软件 接 口 的关键技术 详细地介绍 了轧辊孔 型样板 一体化系 统的实现技 术 关键词 计算机辅助轧辊孔 型设计 ， 计算机辅助孔 型样板切 割 ， 计算机辅助轧辊制造 中图分类号 ， 仰 五江 ‘ ，， ， 卿 夕， 孔 ‘ ， ℃ 众 叭 伪 ， ， 吻 】〕 刚 ， ， 旧 ， 讥以 ， 代 限 讨五 雌 认 巨 五 茂℃ 加 心 喇 ， ， 设计孔 型 的 目的是 车 出带有设计 的孔 型 的轧辊 如果 设计工 作是 用计算机辅助设计 ， 而 车辊制 备是 手工 的 ， 则 势必影 响轧辊 的制造 ， 因此 必须 加快车 辊 的计 算 机 辅 助 制 造 的 研究 将 与计算机 辅助 轧辊孔 型设计 一 体化 ， 用 计 算机 辅 助 进 行 从 孔 型 设 计 直到 轧辊车削 的全 过程 是 研究 方 向 可使 轧辊制造 过 程 达到 速度快 、 精 度 高 、 可 靠 性 强 ， 从 而 使轧钢 生产达到低 耗 、 优 质 、 高产 热轧型钢轧辊 一体化 系统 的设计思想 整体设计 图 给 出了轧辊 的整 体设计 思 想 一 一 麟 收稿 第一作者 女 印 岁 副教 授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．03．014

Vol.17 No.3 王秀美等：热轧型钢轧辊孔型样板的CAD/CAM一体化系统 271· 孔型设计的初始数据 CAM 画孔型图、样板图、配辊图 生成孔型图样板图数据文件 CARD 车轧锻 穿出纸带 切割样板 图1热轧型钢轧辊CAD/CAM系统总体框国 CARD子系统接收设计孔型的原始参数，然后进行计算、设计.根据计算、设计结果，画 出孔型图、样板图等.除输出图形外，还将描述各孔型尺寸的数据存储到文件中，以数据文件 方式输出.这些输出的数据文件被CAM子系统作为输人，经过CAM子系统对描述孔型图 的一系列数据进行加工，实现对轧辊车床的直接控制，也可以控制穿孔机穿出纸带，转而控制 线切割机切割孔型样板. CARD与CAM既可联为一体，也可独立分段运行U.根据合作厂现只有线切割机的具体 情况，我们在CAM子系统中先实现了孔型样板切割的计算机辅助制造，并已提供给合作厂在 生产中使用. 1.2样板切割CAM子系统的设计思想 样板切割CAM子系统应完成的任务是接收CARD子系统输出的数据文件，进行数据 加工，以实现直接控制切割样板或控制穿孔机穿出纸带， 目前在我国，样板的切割大多数都是用数控线切割机来完成.用3B或4B语言手工编成 切割样板的程序，再用穿孔机手工将3B或4B代码程序穿在纸带上，数控线切割机读入纸带 数据后自动切割出样板四. 手工编程和穿孔工作繁琐、易出错，编出的样板切割程序只有通过读纸带或切割机切割 出样板后才能检验是否正确，查错较困难). 为克服上述缺点，对样板切割的CAM系统提出的要求是： (1)自动生成3B或4B代码程序，而不需手工编制. (2)自动控制穿孔机穿出3B或4B代码纸带. (3)在屏幕上显示被切割的样板，检验是否正确，若不正确，进行修改，直到正确，再穿出 纸带.保证切割1次完成. 为达到上述目标，必须在穿孔机与计算机之间引入硬件接口；在3B或4B语言与CARD 系统所用的语言中引人软件接口.这样，解决硬件及软件接口问题就成了CAM系统成功的 关键

王 秀 美 等 热 轧 型 钢 轧 辊 孔 型 样 板 的 一 体 化 系 统 图 热轧型钢轧辊 系统总体框图 子 系统接收设计孔 型 的原始参 数 ， 然 后 进 行 计算 、 设 计 根 据 计 算 、 设 计结 果 ， 画 出孔 型 图 、 样板 图等 除输 出 图形 外 ， 还将 描述 各孔 型 尺 寸 的数据存储到 文 件 中 ， 以 数据 文 件 方式输 出 这些输 出的数据文件被 子 系 统 作 为输 人 ， 经 过 子 系 统 对描 述 孔 型 图 的一系列数据进行 加工 ， 实现对轧辊 车床 的直接控 制 ， 也 可 以 控制 穿孔 机 穿 出纸 带 ， 转 而 控 制 线切割机切 割孔 型样板【’〕 与 既可联 为一 体 ， 也 可独 立分段运行【 ‘〕 根据 合 作 厂 现 只 有 线 切 割 机 的具 体 情 况 ， 我们在 子 系 统 中先 实现 了孔 型样 板切 割 的计算机辅助制造 ， 并 已 提供给合作 厂 在 生产 中使用 样板切 割 川 子 系统的设计思想 样 板切 割 子 系 统应完 成 的任 务 是 接 收 子 系 统输 出 的 数 据 文 件 ， 进 行 数 据 加工 ， 以 实现 直接控制切 割样板或控制穿孔 机 穿出纸带 ’ 目前 在 我 国 ， 样 板 的切 割大 多 数都 是 用 数控 线切 割机来完成 用 或 语 言 手 工 编 成 切 割样板 的程 序 ， 再用 穿孔 机手 工 将 或 代码 程 序穿在 纸带上 ， 数控 线切 割 机 读 入 纸 带 数据后 自动切 割 出样 板 ’ 手 工编 程 和 穿孔工 作 繁琐 、 易 出错 编 出的样 板切 割 程序 只 有 通 过 读 纸 带 或 切 割 机 切 割 出样板后 才 能检验 是 否正 确 ， 查 错较 困难 为 克服 上述 缺 点 ， 对样板切 割 的 系 统提 出的要 求是 自动 生成 或 代 码程 序 ， 而不 需 手 工 编制 自动控制 穿孔 机穿 出 或 代码 纸带 在屏 幕上 显示 被 切 割 的样 板 ， 检 验 是 否 正 确 ， 若不正 确 ， 进行 修 改 ， 直 到 正 确 ， 再 穿 出 纸带 保证切 割 次完成 为达到上述 目标 ， 必 须 在穿 孔 机 与计算 机 之 间 引 人 硬 件 接 口 在 或 语 言 与 系 统所用 的语言 中引人 软件 接 口 这样 ， 解 决硬件及 软件 接 口 问题 就 成 了 系 统 成 功 的 关键

·272 北京科技大学学报 1995年No.3 2样板切割CAD/CAM系统的实现 我们研制成功的样板切割CAD/CAM系统框图如图2所示. CARD系统生成样板图数据 APS程序自动生成系统 APS自动编程系统 输出3B代码文件 屏幕显示图形 控制穿孔机穿出纸带 图2样板切割CAM系统框图 从图中不难看出：APS源程序自动生成系统与自动编程系统正是上节中提到的接口部 分，接口部分的功能有： (I)自动编程系统(APS) 自动编程系统(APS)提供计算机与穿孔机或线切割机之间的硬件接口和软件接口.APS 提供穿孔/传输接口卡作为计算机与穿孔机的硬件接口倒. APS自动编程系统是软件接口，提供APS语言，APS是计算机能识别的适用于线切割 机的高级语言，将APS语言编写的源程序输入计算机后，经APS编译可直接产生3B代码程 序.与用3B语言编程相比，用APS语言编程简单、易学，程序代码精炼. 下面给出箱形孔的APS源程序清单和该源程序经编译后产生的3B代码程序，以便比较. APS源程序： 1P1=0/0 2P2=10.00+132.01/0 3P3=10.00+132.01/6.50 4P4=132.01/6.50 5P5=122.50/94.40 6P6=0/91.40- 7CUT1/2/3/4Y21.12/5Y26.40/6/%Y! 3B代码程序： 补偿=0mm. 起始点：00 1B B142010GxL1 X=142.01 Y=0 2 B B B006500 Gy L2 X=142.01 Y=6.5 B B B008958 Gx Ll X=150.9682 Y=6.5 4 BO B21120B018848 Gy SR3 X=129.9708 Y=25.3483 5 B694 B6415B044905 Gy L2 X=125.1125 Y=70.253 6 B26247B2840 B026893 Gx NR1 X=98.2193 Y=93.8054

北 京 科 技 大 学 学 报 乍 样板切 割 系统的实现 我们研 制成 功 的样板切 割 系 统框 图如 图 所示 系 统 生 成样 板 图 数 据 程 序 自动 生 成 系 统 自动 编 程 系 统 输 出 代 码 文件 屏 幕 显 示 图 形 控 制 穿 孔 机 穿 出 纸带 图 样板切 割 人】 系统框图 从 图 中不 难 看 出 源 程 序 自动 生 成 系 统 与 自动 编 程 系 统 正 是 上 节 中提 到 的 接 口 部 分 接 口 部分 的功 能有 自动编 程 系 统 自动编 程 系 统 提供计算机 与穿孔 机 或 线切 割机 之 间的硬 件 接 口 和 软 件 接 口 提供穿孔 传输接 口 卡作 为计算 机 与穿孔 机 的硬 件接 口 自动编 程 系 统是 软件接 口 ， 提供 语 言 是 计 算 机 能 识别 的 适 用 于 线 切 割 机 的高级语言 ， 将 语 言编 写 的源程序输 入计 算 机 后 ， 经 卫 编 译 可 直 接 产 生 代码 程 序 与用 语言编程 相 比 ， 用 语 言编 程 简单 、 易学 ， 程 序代码精炼 下面给出箱形孔 的 卫 源程序 清单和 该 源程 序经编译后 产生 的 代码程序 ， 以便 比较 源程序 一 代码 程序 补偿 起 始 点 〔 …

Vol.17 No.3 王秀美等：热轧型钢轧辊孔型样板的CAD/CAM一体化系统 273· 7 B98219B2405 B098219GxL3 X=0 Y=91.4 8 B98219B2405 B098219GxL2 X=-98.2193 Y=93.8054 9 B646 B26392B023568GyNR1 X=-125.1125Y=70.253 10B694 B6415 B044905 Gy L3 X=-129.9708 Y=25.3483 11B20997B2272 B020997 Gx SR4 X=-150.9682 Y=6.5 12B B B008958GxL1 X=-142.01 Y=6.5 13B B B006500GyL4 X=-142.01 Y=0 14B B B142010GxL1 X=0 Y=0 15D 尽管计算机与穿孔机的接口，APS已经显示出极大的优越性，但它的缺点是编程仍然是手 工的，不能自动地调用CARD运行的结果，即不能使CARD/CAM一体化. (2)APS源程序自动生成系统 由于在APS语言所提供的命令格式中不允许使用变量，只能赋值，这就给CARD和CAM 之间的数据传输带来了不便，针对这个问题，研制了APS源程序自动生成系统，用这个系统来 实现CARD/CAM一体化.该自动生成系统是用FORTRAN语言编写的，它能够将CARD做 成的样板图数据读出，然后按APS语言格式生成能切割样板的APS源程序. 从钢坯到成品要经过许多道次轧制，每个道次的样板图尺寸都是不同的.一套完整的孔型 样板是由各道次的孔型样板组成.APS源程序自动生成系统能够生成各个道次的孔型样板 的APS源程序. 孔型的形状有多种，针对不同种类孔型，用FORTRAN语言预先编制出不同的样板程 序，在程序中，孔型图的种类可用图号来标识.APS源程序自动生成系统是根据图号控制转移 到不同的分程序段，每个分程序段生成1种类型的APS源程序. APS源程序自动生成系统由主程序MAIN与子程序READF和PRO构成. READF子程序读取CARD生成的样板图数据文件；PRO子程序生成第i道次的APS 源程序Fi.APS. 读CARD的数据文件 数据处理 生成APS源文件Fi·APS APS编译Fi·APS成B代码程序Fi·BBB 屏幕显示图形 输出3B代码文件 控制穿出纸带 控制线切割机切割样板 图3系统执行过程

王 秀 美 等 热 轧 型 钢 轧 辊 孔 型 样 板 的 一 体化 系 统 一 科 一 一 一 一 一 尽管计算机 与穿孔机 的接 口 ， 已 经显示 出极大 的优越性 ， 但 它 的缺 点是 编程仍然是手 工 的 ， 不 能 自动地调 用 运 行 的结果 ， 即不 能使 一体化 源程序 自动生成 系 统 由于 在 语言所提供 的命令格 式 中不 允许使用 变量 ， 只能赋值 ， 这就给 和 之 间的数据传输 带来 了不 便 针 对这个 问题 ， 研制 了 源程序 自动 生成 系 统 ， 用 这个系 统 来 实现 一体化 该 自动 生成 系 统是 用 语言编 写 的 ， 它 能 够 将 做 成 的样板 图数据读 出 ， 然后 按 语言格 式生成 能切 割样板 的 源程序 从钢坯到成 品要 经过许多道 次轧制 ， 每 个道 次 的样板 图尺寸 都是不 同的 一套完 整 的孔 型 样板是 由各道 次 的孔 型样板组 成 源程 序 自动 生成 系 统能够 生 成 各 个 道 次 的 孔 型 样 板 的 尸 源程序 孔 型 的形 状 有 多 种 ， 针 对不 同种 类 孔 型 ， 用 语 言 预 先 编 制 出不 同 的 样 板 程 序 在程 序 中 ， 孔型 图的种类 可用 图号来标 识 源程序 自动生成系 统是根 据 图号 控 制 转移 到 不 同的分程 序段 ， 每个分程 序段生成 种类 型 的 源程 序 源程序 自动生成 系统 由主程序 与子程 序 和 构成 子程 序读取 生成 的样 板 图数据 文 件 子 程 序 生 成 第 道 次 的 源程序 读 的 数 据 文 件 数据 处 理 生 成 源 文 件 · 卫 邢 编 译 · 成 代 码 程 序 · 屏 幕 显 示 图 形 输 出 代 码 文 件 控 制 穿 出 纸 带 控 制 线 切 割 机 切 割 样 板 图 系统执行过程

·274 北京科技大学学报 1995年No.3 引人APS源程序自动生成系统和APS自动编程系统后，样板切割的计算机辅助制造系 统执行过程如图3所示， 3系统运行 型钢孔型样板CAD/CAM系统已经投入实际生产使用. 样板CAD/CAM系统可在AST386或AST486上运行，也可在BMPC/AT或兼容机上运 行.另外需配接穿孔机和APS穿孔传输接口卡.本系统要求在2.13汉字系统25行显示下运 行，需要APS自动编程软件.整个样板CAD/CAM系统用FORTRAN语言编写. 该系统目前可处理箱孔、菱孔、方孔，椭圆孔、立椭孔、圆孔等开坯和简单断面常用的13种 孔型及角钢孔型. 若想增加新的孔型，只需在PO子程序中多加一个分程序段即可，极易扩充. 4结论 (I)本文详细地介绍了热轧型钢轧辊孔型样板CAD/CAM一体化系统的实现技术.该系 统中引人了自动编程系统(APS)做为计算机与穿孔机或线切割机的硬件接口，引入了APS程 序自动生成系统做为轧辊孔型设计的CAD系统与3B或4B语言之间的软件接口，从而解 决了实现该系统的关键技术. (2)文中叙述的关键技术可直接用于热轧型钢轧辊CAD/CAM一体化系统中的计算机控 制数控车床车辊子系统，为完善热轧型钢轧辊CAD/CAM一体化系统奠定了基础. 参考文献 1曹乃光.建筑铝型材挤压平模CAD/CAM系统简介，计算机技术与自动化，1988,74纱2~6 2曾三槐.微型机模具加工CAM系统.计算机技术与自动化，1988,7(4纱31~33 3杨邦荣.穿孔机接口设计.计算机技术与自动化，1988,74纱41~42 4陈雅平.数控线切割机自动编程系统.计算机技术与自动化，1988,7(4纱34~40

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 引人 源程 序 自动生成 系 统和 自动编 程 系 统后 ， 样板切 割 的计 算 机辅 助 制 造 系 统执行过程 如 图 所示 系统运行 型钢孔 型样板 系 统 已 经 投 人 实 际生 产使用 样板 系 统可 在 或 上 运 行 ， 也 可 在 或 兼 容 机 上 运 行 另外需 配 接穿孔 机 和 穿孔 ， 传输 接 口 卡 本 系统要 求在 汉 字 系 统 行 显 示 下 运 行 ， 需要 自动编 程 软件 整个 样 板 系统用 语 言编 写 该 系 统 目前 可处理箱 孔 、 菱孔 、 力 孔 、 椭 圆孔 、 立椭孔 、 圆孔 等开坯 和 简单断面 常用 的 种 孔型及 角钢孔 型 若想增 加新 的孔 型 ， 只需 在 子 程 序 中多加一个分程序段 即可 ， 极 易扩充 结论 本文详细地介 绍 了热轧型钢 轧辊孔 型 样 板 一 体 化 系 统 的 实现 技 术 该 系 统 中引人 了 自动编 程 系 统 做 为计算 机 与穿孔 机 或线切 割机 的硬 件接 口 ， 引人 了 程 序 自动生成 系 统做为 轧辊孔 型 设计的 系 统 与 或 语 言 之 间 的 软 件 接 口 ， 从 而 解 决 了实现该 系 统 的关键技术 文 中叙述 的关键技术 可 直接用 于 热轧 型钢轧辊 一体化 系 统 中 的计 算 机 控 制数控 车床车辊子 系 统 ， 为完善热轧型钢轧辊 一体化 系 统奠定 了基 础 参 考 文 献 曹乃 光 建筑铝 型 材挤压平模 系 统简介 计算 机技 术 与 自动化 ， ， 一 曾三槐 微型 机模具加工 系统 计算机技术 与 自动化 ， ， 一 杨 邦荣 穿孔 机接 口 设计 计算机技术 与 自动 化 ， ， 引 一 陈雅平 数控线切 割机 自动编 程 系 统 计算机技术 与 自动化 ， ， 抖 一