數(shù)控車床橢圓加工功能擴(kuò)展

岳少劍 石曉紅

摘 要：本文以數(shù)控車床上加工橢圓曲線為例，重點(diǎn)介紹了加工非圓曲線的宏程序的編制原理，并對(duì)通過編寫通用宏程序以擴(kuò)展數(shù)控系統(tǒng)功能的方法進(jìn)行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：宏程序 橢圓加工 功能擴(kuò)展

在數(shù)控車床的程序編制過程中，具有相同走刀軌跡的零件通常使用子程序來簡(jiǎn)化編程。但是，在工程實(shí)踐中廣泛存在著具有相似特征的某一類工件的加工問題，例如寬槽、深孔的加工，橢圓、拋物線等二次曲線的加工等，這就需要借助數(shù)控系統(tǒng)提供的用戶宏功能進(jìn)行編程。筆者將以橢圓加工為例，探討利用宏語言編制數(shù)控加工程序以擴(kuò)展數(shù)控系統(tǒng)功能的教學(xué)方法。

一、數(shù)控車床加工橢圓曲線的編程方法

1.加工原理

一般的數(shù)控車床都具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，因此在加工復(fù)雜的非圓曲線時(shí)可以采用直線段或圓弧段逼近非圓曲線的加工方法。對(duì)于橢圓曲線的數(shù)控車削加工，編程的基本思路就是“細(xì)分”，將橢圓曲線“細(xì)分”為若干小段，每一小段再由直線段代替。由于中間用到插補(bǔ)點(diǎn)非常多，因此編程時(shí)利用宏程序的循環(huán)和迭代功能最為簡(jiǎn)便。

圖1 橢圓手柄

例如，加工如圖1所示的橢圓手柄，可以將橢圓曲線沿Z軸方向進(jìn)行“細(xì)分”，每一個(gè)曲線段用一個(gè)小的直線段代替。細(xì)分的步距根據(jù)機(jī)床的脈沖當(dāng)量和工件的精度要求進(jìn)行選擇，步距越小，加工精度越高；然后根據(jù)已知的Z坐標(biāo)值，由橢圓的方程計(jì)算X坐標(biāo)，即可得到中間插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)值。橢圓曲線的宏程序編制方法的流程圖如圖2所示。

2.數(shù)控車床加工橢圓曲線的宏程序編制方法

首先寫出橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程：，此方程是以橢圓中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立的方程，因此在對(duì)刀時(shí)應(yīng)將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)定在橢圓中心O處。然后定義兩個(gè)變量：#1表示中間點(diǎn)的X坐標(biāo)值；#2表示中間點(diǎn)的Z坐標(biāo)值。在加工此橢圓手柄時(shí)，使用G73和G70進(jìn)行粗、精加工。

橢圓手柄的加工程序：

O0010；

N10 S1 M03 T0303；

N20 G00 X45 Z2；

N30 G73 U21 R21；

N40 G73 P50 Q120 U0.

5 F0.2；

N50 G00 X0；

N60 #2=50；

N70 WHILE [#2 GE -30]

DO1；

N80 #1=2*20*SQRT[1-

#2*#2/2500]；

N90 G01 X#1 Z#2 F0.2；

N100 #2=#2 - 0.1；

N110 END1；

N120 G01 Z-60；

N130 S3 M03；

N140 G70 P50 Q120 F0.1；

N150 G00 X100 Z150；

N160 M30；

二、數(shù)控車床橢圓加工功能擴(kuò)展方法

1.橢圓加工通用宏程序的編制

橢圓在工程實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛，我們可以通過設(shè)置變量參數(shù)的方法，利用宏調(diào)用功能編寫通用性更強(qiáng)的橢圓加工程序。

圖3 橢圓

如圖3所示，以橢圓中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)，橢圓的方程為，其中。

定義宏調(diào)用w格式為：G65 P9010 Aa Bb Cc Dd Ff；各參數(shù)的含義及對(duì)應(yīng)變量見表1。

表1 橢圓參數(shù)和對(duì)應(yīng)變量

變量 參數(shù) 對(duì)應(yīng)局部變量 變量 參數(shù) 對(duì)應(yīng)局部變量

A 橢圓X軸半徑a #1 C 橢圓起點(diǎn)Z坐標(biāo)c #3

B 橢圓Z軸半徑b #2 D 橢圓終點(diǎn)Z坐標(biāo)d #7

F 進(jìn)給速度（mm/r） #9

橢圓加工的通用宏程序如下：

O9010；

N10 #102 = #3； 參數(shù)傳遞，將起點(diǎn)Z坐標(biāo)c賦值給#102

N20 WHILE [#102 GE #7] DO1 判斷是否到達(dá)橢圓終點(diǎn)d

N30 #101 = 2*#1*SQRT[1- #102*#102/[#2*#2]]；

計(jì)算中間點(diǎn)的X坐標(biāo)值，直徑編程

N40 G01 X#101 Z#102 F#9； 直線段代替曲線段

N50 #102 = #102 - 0.1；

計(jì)算下一點(diǎn)的Z坐標(biāo)值

N60 END1；

N70 M99；

將以上橢圓加工宏程序存儲(chǔ)到數(shù)控系統(tǒng)之后，即可在主程序中通過調(diào)用該宏程序加工任意一段橢圓曲線。

2.應(yīng)用實(shí)例

例如加工圖4所示零件的右端，可考慮先使用90?外圓刀加工出φ48mm的外圓，然后使用偏刀通過修改磨耗的方式加工右端橢圓曲線及其連接圓柱面，最后使用切槽刀加工V型槽。下面分析加工右端橢圓部分的方法。

圖4 橢圓零件

加工橢圓時(shí)各參數(shù)的值為：a=24mm，b=40mm同，c=8mm，d=-30mm。假定偏刀裝在3號(hào)刀位，右端加工的最大直徑為φ48mm，最小直徑為橢圓左端外圓，大約是φ37.14mm，則總切削量為10.86mm，因此可將3號(hào)刀補(bǔ)的X磨耗值先設(shè)為9mm，執(zhí)行上述程序；然后X磨耗值遞減，逐層切削，直至X磨耗值為0。

偏刀加工程序如下：

O0001；

N10 T0303 S1 M03；

N20 G00 X50 Z10； 初始定位，靠近工件

N30 G65 P9010 A24 B40 C8 D-30 F0.2；

加工橢圓曲線

N40 G01 Z-31.74 F0.2； 加工外圓柱面

N50 X50； 退刀

N60 G00 Z10；

N70 M30；

由于O9010宏程序要求工件原點(diǎn)與橢圓中心重合，因此在使用偏刀對(duì)刀時(shí)應(yīng)將右端面位置設(shè)為Z8。

三、小結(jié)

由以上論述可以得出，通過編寫橢圓加工的通用宏程序，相當(dāng)于數(shù)控系統(tǒng)增加了一條進(jìn)行橢圓插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的“指令”。

指令格式：G65 P9010 Aa Bb Cc Dd Ff；

參數(shù)說明：①A——橢圓X軸的半徑值；

②B——橢圓Z軸的半徑值；

③C——橢圓曲線起點(diǎn)的Z坐標(biāo)值；

④D——橢圓曲線終點(diǎn)的Z坐標(biāo)值；

⑤F——進(jìn)給速度mm/r。

注意：在使用該功能加工一段橢圓曲線時(shí)，應(yīng)將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)在橢圓的中心處。

由此，數(shù)控系統(tǒng)具有了橢圓插補(bǔ)的功能，使用該數(shù)控系統(tǒng)的用戶只要按照上述指令說明進(jìn)行編程即可。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓鴻鸞，鄒玉杰.數(shù)控車工全技師培訓(xùn)教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]成立.橢圓宏程序在數(shù)控車削中的應(yīng)用與研究[J].裝備制造技術(shù)，2008（4）.