數(shù)控車加工非圓二次曲線零件的程序編制

鄭民

摘 要：數(shù)控車床加工是一種自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)與零部件加工技術(shù)，隨著自動(dòng)化與信息化的不斷發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)與加工領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣，并且自動(dòng)化加工技術(shù)水平提升越來越快。數(shù)控車加工過程中，非圓二次曲線幾何形狀是加工零部件結(jié)合要素中存在的一種，由于這種零部件幾何要素的特殊性，與常規(guī)幾何要素的零部件相比，加工生產(chǎn)過程要相對復(fù)雜一些，需要通過對于這種零部件的結(jié)合要素進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，以通過數(shù)控車自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)加工實(shí)現(xiàn)。在對于非圓二次曲線零部件的數(shù)控車加工數(shù)學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合某數(shù)控系統(tǒng)中的宏程序，通過實(shí)例進(jìn)行數(shù)控車加工非圓二次曲線零件的程序編程分析與研究，以提高數(shù)控車床加工技術(shù)，推進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；自動(dòng)化；零部件；非圓二次曲線；幾何要素；程序編制

在現(xiàn)代化的工業(yè)發(fā)展與機(jī)械制造領(lǐng)域，隨著工業(yè)生產(chǎn)與零部件加工制造設(shè)備技術(shù)的不斷提升發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)與機(jī)械加工制造中，不僅工業(yè)生產(chǎn)與機(jī)械加工技術(shù)水平的發(fā)展提升越來越快，并且工業(yè)生產(chǎn)與機(jī)械加工制造設(shè)計(jì)中，加工制造零部件的結(jié)構(gòu)形式也由簡單以及單一化，逐漸向著復(fù)雜化與多樣性方面發(fā)展。因此，在現(xiàn)階段的數(shù)控車床加工生產(chǎn)中，也經(jīng)常會(huì)碰到一些非圓二次曲線零部件設(shè)計(jì)加工情況，像橢圓以及拋物線、雙曲線等各種幾何要素與形狀的零部件，在進(jìn)行這類零部件加工生產(chǎn)中，由于數(shù)控車中的自動(dòng)控制系統(tǒng)不能夠滿足這類幾何要素比較復(fù)雜并且多樣的零部件設(shè)計(jì)與加工控制實(shí)現(xiàn)，因此，就需要結(jié)合零部件的幾何形狀與要素，進(jìn)行數(shù)控車床自動(dòng)化控制系統(tǒng)與程序的重新編制，以滿足該類型零部件的生產(chǎn)加工需求。本文將利用某數(shù)控系統(tǒng)中自帶的宏程序以及循環(huán)指令，通過實(shí)例對于數(shù)控車加工非圓二次曲線零部件的程序編制進(jìn)行分析論述。

一、非圓二次曲線零部件加工程序編制的思路分析

通常情況下，在應(yīng)用數(shù)控車自動(dòng)控制系統(tǒng)以及程序功能進(jìn)行零部件的加工生產(chǎn)中，對于結(jié)構(gòu)形狀比較簡單的零部件，可以通過數(shù)控車自動(dòng)控制系統(tǒng)本身的系統(tǒng)存儲記憶與功能，實(shí)現(xiàn)對于簡單以及常用幾何形狀的零部件進(jìn)行自動(dòng)控制加工與生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)，但是，非圓二次曲線零件，由于零件結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性與多變形，使得數(shù)控車生產(chǎn)加工的數(shù)量與情況比較少，因此，數(shù)控車的自動(dòng)控制系統(tǒng)就不能滿足該結(jié)構(gòu)類型的零部件生產(chǎn)設(shè)計(jì)與加工需求，就需要在數(shù)控車加工過程中，通過提編制該類型結(jié)構(gòu)的數(shù)控車加工生產(chǎn)控制系統(tǒng)與程序來進(jìn)行具有復(fù)雜性以及多樣性的零部件加工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)。

如圖1所示，該圖所示的數(shù)控車加工零部件設(shè)計(jì)圖中，就融合了非圓二次曲線幾何要素。該圖所示的零部件為以手柄加工生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖，根據(jù)該手柄的加工生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖可以看出，該手柄的右半個(gè)部分為大半個(gè)橢圓，并且在該橢圓圖形中，橢圓的長半軸長為25 mm，短半軸長為12.5 mm，同時(shí)，根據(jù)該手柄的設(shè)計(jì)圖可以看出，要想實(shí)現(xiàn)對于該手柄的數(shù)控深生產(chǎn)與加工過程，就需要運(yùn)用數(shù)控車自動(dòng)控制系統(tǒng)中的宏程序，在完成非圓二次曲線零部件生產(chǎn)加工程序的編制設(shè)計(jì)情況下，完成對于該手柄的數(shù)控車床自動(dòng)生產(chǎn)加工實(shí)現(xiàn)。下文將以該手柄設(shè)計(jì)圖為例，對其編程思路進(jìn)行分析探討。

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圖1 非圓二次曲線手柄設(shè)計(jì)圖

根據(jù)上文所述以及圖1所示，在進(jìn)行非圓二次曲線手柄的數(shù)控車自動(dòng)加工程序編制中，首先，由非圓二次曲線，也就是橢圓的相關(guān)數(shù)學(xué)理論可得，非圓二次曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程表示公式為（x2/a2）+（y2/b2）=1，將非圓二次曲線的這一標(biāo)準(zhǔn)方程式運(yùn)用到數(shù)控車床車自動(dòng)控制系統(tǒng)的坐標(biāo)軸中，即可以得出如（z2/a2）+（x2/b2）=1，在這一坐標(biāo)軸方程式中，將z看作是自變量，那么，根據(jù)方程中所顯示的等式關(guān)系，經(jīng)等式轉(zhuǎn)換計(jì)算就可以得出x=±■。因此，在進(jìn)行數(shù)控車加工非圓二次曲線零件程序編制時(shí)，如果以手柄的右端點(diǎn)作為程序編制中的工作原點(diǎn)，那么在進(jìn)行該非圓二次曲線手柄的自動(dòng)生產(chǎn)加工程序編制中，對于非圓二次曲線原點(diǎn)與工作原點(diǎn)在z方向上的直線距離就可以設(shè)置為25 mm，那么，在進(jìn)行該非圓二次曲線收手柄的數(shù)控車自動(dòng)生產(chǎn)加工中，由于數(shù)控車的車刀沿是按照x的正方向軌跡進(jìn)行生產(chǎn)加工運(yùn)行，因此，在進(jìn)行非圓二次曲線手柄的數(shù)控車自動(dòng)加工生產(chǎn)中，可以將非圓二次曲線方程式中計(jì)算轉(zhuǎn)換出的x負(fù)值取消，就有x=■，同時(shí)，在數(shù)控車加工非圓二次曲線手柄過程中，數(shù)控車車刀走刀時(shí)應(yīng)注意通過z變量具體情況進(jìn)行逐步的進(jìn)給，并且應(yīng)用數(shù)控專用計(jì)算機(jī)對于上述方程式進(jìn)行計(jì)算，就可以對于x的相應(yīng)值進(jìn)行計(jì)算求出，而在數(shù)控車加工非圓二次曲線手柄過程中，數(shù)控車車刀可以沿著工作母線從工作原點(diǎn)，也就是O點(diǎn)，向工作1點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)加工移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對于非圓二次曲線手柄的生產(chǎn)加工實(shí)現(xiàn)，根據(jù)非圓二次曲線手柄的這一生產(chǎn)加工移動(dòng)路線情況，就可以應(yīng)用數(shù)控車控制系統(tǒng)的宏程序，實(shí)現(xiàn)對于非圓二次曲線手柄的數(shù)控車自動(dòng)加工生產(chǎn)程序進(jìn)行編制設(shè)計(jì)并應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，為數(shù)控車車刀加工生產(chǎn)移動(dòng)路線示意圖。

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圖2 數(shù)控車車刀加工生產(chǎn)非圓二次曲線手柄的移動(dòng)路線示意圖

二、數(shù)控車加工非圓二次曲線零件的程序編制

根據(jù)上文中對于非圓二次曲線零部件的數(shù)控車自動(dòng)生產(chǎn)加工程序編制思路，也就是對于上圖1所示手柄設(shè)計(jì)圖中橢圓部分的加工程序編制思路，實(shí)現(xiàn)對于圖1手柄中非圓二次曲線部分的程序編制，主要是通過利用調(diào)用子程序形式，同時(shí)結(jié)合某數(shù)控系統(tǒng)中的宏程序指令完成的。如下表所示，為#0-#38所對應(yīng)的宏調(diào)用者傳遞的字段參數(shù)名。

#0-#38所對應(yīng)的宏調(diào)用者傳遞的字段參數(shù)名

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根據(jù)上文所述非圓二次曲線手柄的數(shù)控車加工程序編制思路以及調(diào)用子程序方法和數(shù)控系統(tǒng)中宏程序指令形式，對于圖1所示的手柄設(shè)計(jì)圖中的有半部分非圓二次曲線，也就是橢圓部分的數(shù)控車加工程序編制具體如下。

對于該手柄右半部分橢圓的數(shù)控車加工生產(chǎn)主程序格式編寫中，通過調(diào)用子程序形式，并在結(jié)合某數(shù)控程序中的宏程序指令格式，進(jìn)行圖1所示手柄的右半部分非圓二次曲線數(shù)控車加工生產(chǎn)應(yīng)用程序中的主程序格式編寫。具體編寫步驟過程如下所示：

選擇%1000；

編寫并輸入程序指令M03 S800；

T0101；

G00 X28 Z2；

G71 U2 R1 P1 Q2 X0.5 Z0.1 F80；

N1 G42 G00 X0 Z2；

G01 Z0；

M98 P1001 Z-40 A25 B12.5 C25 D0 E0.2；

程序指令以及格式的編寫過程中，主要運(yùn)用調(diào)用子程序形式，同時(shí)結(jié)合已有數(shù)控車控制系統(tǒng)中的宏程序指令與格式，進(jìn)行所需程序的主程序格式編寫；

按照已有格式輸入程序指令；

G02 X20 Z-70 R40

G01 Z-81

X26

N2 G40 X27

G00 X100 Z100

M05

M30

則可實(shí)現(xiàn)對于圖1所示手柄的右半部分非圓二次曲線數(shù)控車加工生產(chǎn)程序主程序指令格式的編寫實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)程序的編制完成。

子程序格式編寫步驟過程如下：

選擇%1001；

根據(jù)已知，有#10=#30（表示的是X的當(dāng)前位置）；

還有#11=#32（表示的是Z的當(dāng)前位置情況）；

然后有WHILE#11GE[#25]（表示的是當(dāng)Z大于-40時(shí)的條件情況）；

同時(shí)有#11=#11-[#4]，在這一程序指令格式編寫設(shè)計(jì)過程中，Z每運(yùn)行一個(gè)步距的大小為0.2 mm；

然后在根據(jù)需要，在輸入#10=SQRT[#1*#1-#1*#1*[#11+#2]* [#11+#2]/#0/#0]+#3后，則可以得到相對應(yīng)的X結(jié)果值；

再以直線插補(bǔ)的方式進(jìn)行G01 X[2*[#10]]Z[#11]F80；

則有ENDW；

M99；

即實(shí)現(xiàn)對于圖1所示手柄右部分橢圓數(shù)控車自動(dòng)控制加工生產(chǎn)程序中子程序格式的編寫設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

在進(jìn)行上圖示的非圓二次曲線數(shù)控車程序編制過程中，M98以及Pxx、Zxx、Axx、Bxx、Cxx、Dxx等程序段所表示的含義為：P表示的是調(diào)用時(shí)的子程序號，Z表示的是橢圓終點(diǎn)相對工作原點(diǎn)在Z軸方向的坐標(biāo)值，A、B分別表示橢圓的長半軸和短半軸，E表示步距，C、D表示工作原點(diǎn)相對橢圓原點(diǎn)在z軸以及x軸方向的坐標(biāo)值。

總之，根據(jù)上文分析可知，進(jìn)行非圓二次曲線零部件數(shù)控車加工程序編制，需要根據(jù)零部件的特點(diǎn)以及二次曲線方程式，在確定自變量情況下，通過公式推導(dǎo)，按照數(shù)控系統(tǒng)的宏程序格式，進(jìn)行程序編制實(shí)現(xiàn)。

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