采用數(shù)控宏程序解決非圓曲線類零件的加工

陽夏冰

YANG Xia-bing

（武漢城市職業(yè)學院，武漢 430064）

0 引言

在普通加工中，加工非圓曲線類零件通常采用制作樣板或靠模，然后利用仿形機床加工，但在小批量生產(chǎn)中，制作樣板或靠模效益不高，在加工中受到仿形機床的仿形精度影響，加工精度也受到影響；在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)只有直線和圓弧插補功能，要對橢圓、雙曲線和拋物線等非圓曲線進行加工，數(shù)控系統(tǒng)無法直接實現(xiàn)插補，需要通過一定的數(shù)學處理。數(shù)學處理的方法是，用直線段或圓弧段去逼近非圓曲線，逼近線段與被加工曲線的交點稱為節(jié)點，各幾何要素之間的連接點稱為基點。如圖1所示，OE是一段橢圓，在OE之間插入節(jié)點A、B、C、D，相鄰兩點之間在Z方向的距離相等，均為a。節(jié)點數(shù)目的多少或a的大小，決定了橢圓加工的精度和程序的長度。采用直線段OA、AB、BC、CD、DE去逼近橢圓，關鍵是求出節(jié)點O、A、B、C、D、E的坐標。若只采用現(xiàn)有的數(shù)控程序編程加工，節(jié)點的計算比較復雜，且節(jié)點數(shù)量較多，手工計算無法實現(xiàn)，因此必須借助宏程序的轉移和循環(huán)指令處理。求得各節(jié)點后，就可按相鄰兩節(jié)點間的直線來編寫加工程序。

1 宏程序

宏程序類似于高級語言的程序，程序員可以使用變量進行算術運算、邏輯運算和函數(shù)的混合運算，此外還可以使用循環(huán)語句、分支語句和子程序調用語句對刀具路徑進行控制，利于編制各種復雜的零件加工程序減少乃至免除手工編程時進行繁瑣的數(shù)值計算，以及精簡程序量，使程序應用更加靈活、方便。

1.1 變量

普通數(shù)控加工程序直接用數(shù)值指定G代碼和移動距離，使用宏程序時，數(shù)值可以直接指定或用變量指定。一個變量由符號“#”和變量號組成，例：#i (i＝1，2，3，…)，如 G01X[#1]Y[#1]F[#3]：當#1＝50，#2＝100，#3＝200時，上面這句程序即表示為G01X50Y100F200。

1.2 控制指令

條件循環(huán)指令為WHILE，功能是條件成立執(zhí)行WHILE與ENDW之間的程序，然后返回到WHILE再次判斷條件，直到條件不成立才跳到ENDW后面，WHILE語句的執(zhí)行流程如圖2所示。

2 具體應用

現(xiàn)以加工橢圓手柄為例，如圖3所示，零件數(shù)量為100件，屬于小批量生產(chǎn)。

2.1 擬訂工藝路線

1）確定工件的定位基準。確定坯料軸線和左端面為定位基準。

圖2 控制流程圖

圖3 橢圓手柄零件圖

2）選擇加工方法。該零件的加工表面均為回轉體，加工表面的最高加工精度等級為IT8，表面粗糙度為1.6。采用加工方法為粗車、半精車和精車。

3）擬訂工藝路線。

（1）按 φ35×130下料。

（2）車削左邊各表面。

（3）車削右邊各表面。

（4）去毛刺。

（5）檢驗。

2.2 設計數(shù)控車加工工序

1）選擇加工設備。選用CK6136型數(shù)控車床，系統(tǒng)為HNC-21TD。

2）選擇工藝裝備。

（1）該零件采用三爪自動定心卡盤自定心夾緊。

（2）刀具選擇如下。

外圓機夾粗車刀T0101：車端面，粗車和半精車圓柱面，倒角。

切槽刀（寬3 mm）T0202：切槽。

螺紋刀T0303：車螺紋。

外圓機夾車刀T0404（刀片的刀尖角為35°）：車橢圓面。

（3）量具選擇如下。

量程為200mm，分度值為0.02的游標卡尺。M20×1.5環(huán)規(guī)。

3）確定工步和走刀路線。

（1）粗精車工件左端的工步為：車端面→粗車螺紋外圓和φ30外圓→精車螺紋外圓和φ40mm外圓→切槽→車螺紋。

（2）粗精車工件右端的工步為：車端面→粗車橢圓→精車橢圓→切槽。

2.3 宏程序編制

1）選定自變量及其起止點坐標值

非圓曲線中的X和Z坐標任意一個都可以被定義為自變量，通常選擇變化范圍大的一個作為自變量（宏程序函數(shù)不好表達除外），且其起止點坐標作為自變量的變化范圍。如圖3所示，X坐標變化量從圖中可以看出比Z坐標要小得多，所以將Z坐標選定為自變量，且Z軸起止點坐標分別為35和－28.068。

2）確定因變量的與自變量變化關系

根據(jù)數(shù)控曲線公式確定因變量的與自變量變化關系，案例中的非圓曲線表達式為x2/152＋z2/352＝1，則因變量X＝15/35，即X ＝ 15/35×SQRT [35×35－ Z×Z]。

表1 橢圓曲線的程序

3）確定非圓曲線偏移量

該偏移量是相對于編程原點而言的，是曲線的數(shù)學原點相對于編程原點的偏移量。案例中橢圓曲線的原點相對于編程原點的X軸和Z軸的偏移量分別為0和-20。

4）橢圓曲線的程序如表1所示。

3 結束語

采用宏程序加工比傳統(tǒng)的仿形加工加工精度高，也不需要制作樣板，工序簡單，效率高；和采用CAM編程的數(shù)控加工比較，省去了使用復雜的軟件造型和刀具路徑設置時間。實踐表明，此方法加工非圓曲線類零件，工作量和勞動強度大大降低，且加工精度和效率還得到提高。

[1]陽夏冰. 數(shù)控加工工藝設計與編程[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2011.

[2]周虹. 數(shù)控加工工藝設計與程序編制[M].北京: 人民郵電出版社, 2009.