西門子系統(tǒng)數(shù)車非線性曲線回轉(zhuǎn)曲面加工參數(shù)化編程探索

摘要：文章結(jié)合本人在教學過程當中所遇到的相關(guān)問題，提出利用非圓曲線參數(shù)化編程方法完成復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)表面零件粗精加工的解決方案，對于提高零件加工精度及生產(chǎn)效率，簡化編程程序，節(jié)約機床內(nèi)存，提高設(shè)備利用率，具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工數(shù)控編程R參數(shù)編程 非線性曲線回轉(zhuǎn)表面加工

Abstract：This passage puts forward a solution for completing rough and finishing machining of the same type parts with complex curve rotary surface,combining with related problems during combination of working and learning teaching process. It has a certain practical valuefor improving parts machining accuracy and production efficiency, simplify the process of programming, saving machine memory and improve equipment utilization.

Key Words: NC Machining,CNC Programming,R Parameter Programming, Nonlinear CurveRotarySurface Processing

1.引言

數(shù)控車床加工非線性曲線回轉(zhuǎn)曲面編程時，由于沒有專用的G代碼指令，通常加工這些曲面時，需要對方程進行解析，并根據(jù)所解點坐標進行編程，這樣求解方程、計算點的坐標過程復(fù)雜，數(shù)據(jù)運算量大，而且輸寫程序數(shù)據(jù)數(shù)量巨大，加之取點過少，很難控制零件的加工精度。利用R參數(shù)編程，則不必求解方程和計算點的坐標，只需要根據(jù)零件加工精度要求簡單改變加工參數(shù)即可實現(xiàn)零件表面的粗精加工，編程方便，零件加工精度可控，加工效率提高，簡化結(jié)構(gòu)程序。

2.參數(shù)編程的特點

參數(shù)編程適合于那些不能用直線插補G01、圓弧插補G02（G03）加工的能夠用數(shù)學公式描述的各種類型的非線性回轉(zhuǎn)曲面加工。參數(shù)化編程可以滿足不同精度要求零件加工，而且省時。程序段內(nèi)容很少。能夠根據(jù)型面精度要求高低，設(shè)置參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)，程序段字節(jié)數(shù)量不變。參數(shù)化編程邏輯性強。編程時，只要知道型面的數(shù)學方程、定義域或值域。把方程的坐標關(guān)系和零件的坐標關(guān)系換算清楚，利用數(shù)學運算、邏輯判斷、條件轉(zhuǎn)移等方法，就能編寫程序。調(diào)試好程序，就能解決一類曲面的加工。

3.部分典型曲線參數(shù)化方程

3.1橢圓的參數(shù)化方程：X(t)=A+acos(t)；Y(t)=B+bsin(t)。t為編程時的參數(shù)變量，通過t的變化,可以定義圓的圓周上的各個點坐標（A，B）為橢圓圓心坐標。a為橢圓長軸，b為橢圓短軸。

3.2拋物線的參數(shù)方程：X(t)=t；Y(t)=at2+b。t為編程時的參數(shù)變量

3.3雙曲線的參數(shù)方程： X(t)=a sec(t)Y(t)=b tan(t) ,a為實半軸長， b為虛半軸長，t為編程時的參數(shù)變量。比照以上情況，我們就可以對各種數(shù)學曲線進行參數(shù)化處理并得到其參數(shù)化方程。

圖1

4.圖1零件拋物線曲線部分回轉(zhuǎn)表面參數(shù)化編程過程

如圖1所示，零件頭部的拋物線方程為Z(t)=t；X(t)= 0.03t*t。t為編程時的參數(shù)變量，該零件在加工時首先需要對拋物線部分的外形進行粗加工，然后再精加工。粗加工時刀具需要分層對多余的材料進行切削；精加工時刀具要沿著零件理論輪廓走刀，走刀步距要根據(jù)零件加工精度確定，精度要求越高，參數(shù)設(shè)置時變化量越小，相反則越大。4.1、4.2所示程序為粗、精加工參數(shù)化編程程序，圖2為仿真加工模擬結(jié)果。

4.1粗精加工部分程序

PWXJG .MPF 程序名

粗加工程序

N005 G90G54M3S1200;

N010 M6T1D1;選擇一號刀，使用一號刀沿

N015 G0X45Z5; 粗加工起始點

N020 R1=24;參數(shù)R1：拋物線加工X向終止坐標

N025 MA1:R2=-0.03*R1*R1;參數(shù)R2：拋物線加工Z向終止坐標

N035 G0X=R1;開始加工時X向刀具定刀位點

N040 G1Z=R2F0.1;結(jié)束加工時Z向刀具停止刀位點

N045 G0X45; X向刀具快速退刀刀位點

N050 G0Z5;Z向刀具快速退刀刀位點

N055 R1=R1-2; 粗加工參數(shù)變化值

N060 IFR1>0GOTOBMA1; 條件跳轉(zhuǎn)語句

N065 G0X0Z5精加工起始點

4.2精加工部分程序

N070 R1=0;

N075 MA2:R2=R1;

N080 R3=-0.03*R2*R2;

N085 G1X=R2Z=R3F0.05;

N090 R1=R1+0.01;

N095 IFR1<24GOTOBMA2;

N0100 G0X45Z-15

程序尾部份省略

4.3粗精加工刀具路徑、實體仿真及程序

圖2粗精加工刀具路徑、實體仿真及加工程序

5.橢圓曲線部分回轉(zhuǎn)表面參數(shù)化編程過程

圖1所示零件回轉(zhuǎn)橢圓曲線方程為Z(t)=27+2*sin(t)；X(t)= -37.7+20*cos（t）。t為編程時的參數(shù)變量，此部分粗精加工的走刀路線、加工方法以及編程思路與拋物線曲線部分相同。5.1、5.2所給程序為粗、精加工參數(shù)化編程程序，圖3為仿真模擬結(jié)果。

5.1粗加工部分程序

N0115 G0X45Z-15;粗加工起始點

N0120 R1=90;參數(shù)R1：橢圓粗加工X向終止坐標

N0125 MA1:R2=-37.7+20*cosR1;橢圓粗加工X向終止坐標

N0130 R3=27+2*3.5*sinR1;橢圓粗加工Z向終止坐標

N0135 G0X=R3;橢圓粗加工X向起始坐標

N0140 G1Z=R2F0.1;橢圓粗加工Z向終止坐標

N0145 G0X45; X向刀具快速退刀刀位點

N0150 G0Z-15; Z向刀具快速退刀刀位點

N0155 R1=R1-2;粗加工參數(shù)變化值

N0160 IFR1>0GOTOBMA1;條件跳轉(zhuǎn)語句

N 0165 G0X45Z-15 粗加工結(jié)束退刀點

5.2精加工部分程序

N0170 R1=0; 精加工參數(shù)設(shè)置

N0175 MA2:R2=-37.7+20*cosR1;精加工X坐標

N0180 R3=27+2*3.5*sinR1;精加工Z坐標

N0185 G1X=R3Z=R2F0.05;

N0190 R1=R1+0.05; 精加工參數(shù)變化值

N0195 IFR1<90GOTOBMA2; 條件跳轉(zhuǎn)語句

N0200 G0X45精加工結(jié)束X向退刀坐標

N0205Z100精加工結(jié)束Z向退刀坐標

N0210M30程序結(jié)束語句

5.3粗精加工刀具路徑、實體仿真及程序

圖3粗精加工刀具路徑、實體仿真及加工程序

6.橢圓、拋物線部分全部加工完成后的零件外形圖

圖4橢圓、拋物線部分全部加工完成后的零件外形圖

通過上述程序的試運行，就可以看出，完成非圓曲線輪廓回轉(zhuǎn)表面的粗精車加工程序比較簡單，另外如果加工完成的零件精度不能滿足工程要求，只要把編好的程序當中的R參數(shù)變換增量進行適當調(diào)整，就能滿足工程要求。

7.總結(jié)

R參數(shù)編程過程簡單，易于掌握，在編程過程中，可以將曲線方程、數(shù)學公式等運用到程序中，利用邏輯運算、條件語句將復(fù)雜的運算過程轉(zhuǎn)移給操作系統(tǒng)，這樣，使好多復(fù)雜問題簡單化，便于解決工程問題，對生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。

8.參考文獻

[1] 陳宏軍、機械加工工藝施工員手冊.北京:機械工業(yè)出版社，2008

[2] 薛峰、車工工藝與技能訓練.北京:機械工業(yè)出版社，2008

[3] 劉明璽、數(shù)控車床編程與操作.重慶:重慶大學出版社，2013

[4] SINUMERIK 802S base line 簡明操作與編程，2003

作者簡介

劉明璽（1964－），高級工程師，男，西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院高級工程師。