宏編程在二次曲線輪廓數(shù)控車加工中的應用

宏編程在二次曲線輪廓數(shù)控車加工中的應用摘要：隨著生活水平的提升，人們對事物的美感要求也越來越高，曲線作為最具美感的外形之一，常常成為設計師們設計產(chǎn)品的首選，越來越多的復雜曲線型面部件、產(chǎn)品給數(shù)控車加工帶來挑戰(zhàn)。另外，在近幾年的全國各級各類競賽中應用宏程序加工也屢見不鮮，各校在教學和競賽培訓中，都進行了這方面的培訓。本文結(jié)合教學及競賽實踐分析了數(shù)控車床技術(shù)中宏編程和普通編程的特點，詳細介紹了宏編程在非圓二次曲線輪廓數(shù)控車加工中的應用。關(guān)鍵詞：數(shù)控車加工非圓二次曲線輪廓宏程序編程中圖分類號：TG51文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0053-021非圓二次曲線輪廓的數(shù)控車加工編程對非圓二次曲線數(shù)控車加工進行編程有兩種方式，一是普通編程，由于數(shù)控車床一般只有直線插補和弧插補功能，對于非圓二次曲線進行普通編程只能采取用直線段或是圓弧段逐步逼近非圓曲線輪廓的手工數(shù)學處理方式，計算量龐大，容易出現(xiàn)失誤，處理的時間也比較長，如果采取CAD/CAM數(shù)控自動編程，雖然對某個單一的非二次曲線計算精確，時間也快，但卻僅僅適用于同一形體，對于類似產(chǎn)品只能重新編程，并且自動編程占用內(nèi)存較大，對數(shù)控系統(tǒng)配置要求較高。二是宏程序編程，采取宏程序手工編程可以避免普通手工編程精度低、自動編程程序占內(nèi)存較大以及僅單品適用的缺點，由于手工編寫的宏程序可以盡量短小并且實用性強，極大拓展了非圓二次曲線輪廓數(shù)控車加工的范圍與功能。2非圓二次曲線宏程序編程的主要技術(shù)特點宏程序編程具有幾個非常鮮明的特點，一是編程方式靈活。二是宏程序通用性廣。三是使用宏程序編程加工精度高。四是宏程序充分利用了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部代碼，使得程序運行更加高效、精確。3非圓二次曲線宏程序編程的基本步驟（1）將數(shù)學坐標轉(zhuǎn)化為工件坐標。由于參數(shù)方程使用的是數(shù)學坐標，而數(shù)控車床系統(tǒng)使用的是工件坐標，當兩者不一致時，在進行宏程序編程前要對參數(shù)方程進行轉(zhuǎn)化。（2）推導求值公式，并利用已經(jīng)轉(zhuǎn)化為工件坐標的計算公式建立起數(shù)學模型。（3）對自變量進行選定并確定變量的具體范圍。非圓曲線中X、Z軸坐標以及角度Φ均可以作為自變量，實際操作中一般選擇變化范圍大的作為自變量，起始坐標點確定為初始值，坐標的終點為自變量的終止值，在確定自變量之后可以確定因變量，并寫出各自的表達式。4非圓二次曲線宏程序編程思路與指令分析4.1基本思路根據(jù)曲線輪廓的參數(shù)方程y=f（x），并定義其中一個參數(shù)值域，從其中一個極限值開始以一定的插補步進距離（例如0.01mm，1°等），逐步向另一個極限值變化，求出曲線任意點的坐標值，通過運用宏程序的參數(shù)和轉(zhuǎn)向語句（GOTO）或循環(huán)語句（WHILE）進行編程，并用直線插補（G01）或是曲線插補（G02/G03）進行擬合加工。插補步進距離可以根據(jù)加工零件的精度來適度確定，在滿足加工要求的前提下，盡量選取較大值，因為較高的精度要求會對數(shù)控車加工的效率造成不利影響。4.2宏指令編程分析下面以FANUC0i—MATE系統(tǒng)的數(shù)控車床橢圓宏程序編程為例進行具體分析。（如圖1）XOZ表示編程坐標系，X1O1Z1表示橢圓坐標系，宏程序可以如下表示：NIO#1=a；長半軸賦值。N20#2=b；短半軸賦值。N30#3=z；向變量初始值，橢圓曲線起點至橢圓中心的Z向距離。N40WHILE[#3GEP]DOm；WHILE當型循環(huán)，當滿足#3大于或等于P時則程序在WHILEDOm和ENDm之間循環(huán)，否則跳出循環(huán)。P為橢圓曲線終點至橢圓中心點的Z向距離。N50#4=#2/#1*SQRT[#1*#1一#3*#3]；通過橢圓標準方程分解得到，其中的z#3作為參數(shù)變量在它的定義域內(nèi)從曲線起點逐步向曲線終點變化從而求出橢圓任意一個點一榴坐標值。N60G01X[[A±#4]*2]Z[#3-B]F0.15；直線插補G01進行擬合加工，其中A為橢圓中心到編程原點的向距離，[A±#4]2表示直徑坐標；B為橢圓中心到編程原點的Z向距離，#3一B為編程的Z坐標。N70#3=#3-0.01；橢圓Z軸以一定的插補步進距離（如0.01mm）。N80ENDm；循環(huán)結(jié)束。5非圓二次曲線宏程序編程的具體應用非圓曲線加工是數(shù)控車加工的難點，但在實際生產(chǎn)中又是最常見的加工形件，本文擬通過幾個具體實例，進一步說明宏程序編程的應用。5.1橢圓“X2/72+Z2/100=1”的加工（見圖2）（1）加工步驟分析。首先是進行粗加工。粗加工從大到小分層切削，切刀路線如圖1所示，粗加工走刀終點坐標需要由參數(shù)變量來確定，用兩個參數(shù)取代長短軸方向長度，接著分析點坐標X、Z與參數(shù)之間的關(guān)系。設短軸參數(shù)為R1，那么X=2*R1，其中R1最大值為6。長軸參數(shù)設為R2，則=10*/72，用編程表達式表示為：R2=R1*SQRT（1-），則對應坐標Z=R2-10（實際為負值），在粗加工時需要保留0.2左右的余量，所以取Z=R2-9.8，這樣，每刀終點的坐標就可以確定為：（2*R1，R2-9.8），R的值在0～6之間不斷縮小。粗加工之后是精加工，精加工的坐標、參數(shù)設定和粗加工相同，粗加工之后，橢圓輪廓形成，精加工需要沿輪廓線從右端點直至最高點，通過參數(shù)編程將輪廓線精細分為成百上千的插補點，逐層進行加工。（2）加工參考宏程序編程。Ol370程序號MO3S600G9OG95T1{粗加工）G1X25Z2F3R1=6MA1：G1X=2R1F0.15R2=10SQRT（1一R1*R1/72）G1Z=R2—9.8F0.15G1X=（2R1十1）GOZ2R1=R1—1（每次切深單邊1）lFR1>=OGOTOBMA1（注意空格?。〨0X80Z80；T2S800（精加工）GOXOZ1R1=OMA2：R2=10SQRT（1—R1*R1/72）G1X=2R1Z：R2—2OF0.O6R1=R1+O.O5lFR1G1X12Z一20（不用省略）GO×80Z8OM5M3O5.2拋物線“Z=-X2/5”工件的加工（見圖3）（1）加工分析：首先需要通過拋物線參數(shù)方程建立起數(shù)學模型。拋物線方程為Z=-X2/5，進而得出X=（單邊值）；再通過直線擬合法，將拋物線的Z軸分段，段距為0.1mm；最后確定Z為自變量，X為因變量，其中—5≤Z≤0。（2）加工參考宏程序編程。Ol380程序號N10M03S800；主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速800r/nfinN20TO101；換T01號外圓刀N30G00X25.0Z1.5；快速定位N40G73U10.0W0.0R10；粗車循環(huán)N50G73P60Q210U0.3WO.0FIO0；X向精車余量O.3mmN60G01X0.0F50S1200；進給到X0處N70ZO.O；走刀到拋物線頂點處N80#101=0.0；Z坐標為自變量，賦初值0N90#102=SQRT[一5.0[#101]]；計算單邊值坐標NIO0#104=#102*2.O；計算雙邊值坐標、因變量Nl10G01X#104Z#101FIO0；直線擬合拋物線N120#101=#101-0.1；步距值，z值遞減O，1IllmN130IF[#101GE一5.0]GOTO90；若#101大于等于-5.0轉(zhuǎn)到N90段執(zhí)行N140G01X10.0Z-5.0；走刀到拋物線終點處Nl50Z-7.50；加工Φ10的圓N160X13.5；切端面N170X15.0W—1.5；倒角N180w-6.50；加工Φ30的圓N190G02X17.0W-10.0R2.0；加工R2圓弧N200G01X18.0；切端面N210Z-22.5；加工Φ36的圓N220G70P60Q210；精車N230G00X100.0Z100.0；退刀N240T0202；換切斷刀，左刀尖對刀，刀寬4mmN250G00X20Z-44.5：定位N260G75R1.O；退刀1.0mmN270G75X0PI200F40；切斷工件N280GO0X100.0Z100.0：退刀N290M30；程序結(jié)束5.3雙曲線-=1和-=1零件的加工（見圖4）（1）加工分析。首先需要選定宏程序編程的原點，注意參數(shù)方程的正確性，特別要注意圖紙中Y坐標與加工過程中Z坐標之間的關(guān)系。第二，在確定以Z作為變量時，將X用含Z的表達式表示。第三是需要注意含Z的表達式需要乘以2，并注意根號前面正負號要根據(jù)加工的實際情況進行選取。針對如圖所示零件的加工實際，對零件的外圓部分可以采用G90指令編程加工，雙曲線的宏程序可以結(jié)合G73指令的精車工程序進行編程加工，至于坐標原點，可以設在裝夾后工件右端面中心，加工程序的起始點和換刀點都可以設在（X100，Z100）的位置。（2）加工參考宏程序編程。依據(jù)圖示，雙曲線的參數(shù)方程可以寫成：-=1其加工宏程序可以編寫為：03003（程序名）G40G97G99M03SlOOO（取消刀具補償，設主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速1000dmin）T0101（選擇1號35°成形車刀）M08（切削液開）G00X100Z2.5（快速定位至20直徑，距端面正向5mm）G73U10.0W0.5R6G73P1Q2U0.5W0.1F0.2（用G73輪廓復合循環(huán)車外輪廓）N1G00G42X30S1200（設置刀具右補償）G01Z0.0F0.1（慢速進刀至端面）Z-7.5（車Φ15外圓）#1=7.232（雙曲線Z向為自變量，為起點賦值）WHILE（#1GE-9.733）DO1（雙曲線終點條件判斷）#2=5*SQRT[6.5*6.5+#1*#1]/6.5（雙曲線對應X坐標）COlX[2*#2]Z[#1-19.456]（雙曲線擬合直線段加工）#l=#l-0.2（循環(huán)Z向每次步進量0.2）ENDICOlX18.0z-24.99（雙曲線終點坐標）Z-30（車Φ18外圓）N2X21.0（退刀）GT0P1Q2（GT0精車指令）G00G40X100.0ZlO0.O（返回換刀點）M30（程序結(jié)束）6結(jié)語非圓二次曲線形狀多樣，例如正弦曲線、余弦曲線、正切曲線、螺旋線等