橢圓編程技巧

摘 要：隨著工業(yè)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，橢圓、拋物線、雙曲線和漸開線等零件的作用就日益重要，其加工質(zhì)量往往成為生產(chǎn)制造的關(guān)鍵。數(shù)控車床編程軌跡指令一般只具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能，但當(dāng)零件圖中有曲線時(shí)，我們通常解決方式是要借助計(jì)算機(jī)輔助CAD、CAXA、CAM等軟件來(lái)完成，產(chǎn)生程序很長(zhǎng)且繁瑣。如果能掌握宏程序，實(shí)現(xiàn)直線逼近，很快就可以編寫出簡(jiǎn)短易懂程序，充分發(fā)揮宏程序的作用。

關(guān)鍵詞：宏程序 編程技巧 數(shù)控車加工

引言

利用宏程序加工橢圓工件，可以簡(jiǎn)化編程。目前用的較多的宏程序是B類宏程序，而在一些老系統(tǒng)中無(wú)法采用B類宏進(jìn)行編程，只能采用A類宏進(jìn)行編程。本文通過一個(gè)橢圓工件的編程實(shí)例，來(lái)介紹如何使用宏程序進(jìn)行橢圓工件的編程。

一、宏程序

（1）選定自變量。橢圓中的X和Z坐標(biāo)均可以被定義成為自變量，一般情況下會(huì)選擇變化范圍大的一個(gè)作為自變量，并且要考慮函數(shù)表達(dá)式在宏程序中書寫的簡(jiǎn)便，為方便起見，我們事先把與Z坐標(biāo)相關(guān)的變量設(shè)為#100、#101，將X坐標(biāo)相關(guān)的變量設(shè)為#200、#201等。

（2）確定自變量起止點(diǎn)的坐標(biāo)值。必須要明確該坐標(biāo)值的坐標(biāo)系是相對(duì)于橢圓曲線自身的坐標(biāo)系，其起點(diǎn)坐標(biāo)為自變量的初始值，終點(diǎn)坐標(biāo)為自變量的終止值。

（3）進(jìn)行函數(shù)變換，確定因變量相對(duì)于自變量的宏表達(dá)式。

（4）確定公式曲線自身坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對(duì)于工件原點(diǎn)的代數(shù)偏移量（△X和△Z）。

（5）計(jì)算工件坐標(biāo)系下的橢圓曲線上各點(diǎn)的X坐標(biāo)值（#201）時(shí)，判別宏變量#200的正負(fù)號(hào)。以編程輪廓中的公式曲線自身坐標(biāo)原點(diǎn)為原點(diǎn)，繪制對(duì)應(yīng)的曲線坐標(biāo)系的X′和Z′坐標(biāo)軸，以其Z′坐標(biāo)為分界 線，將輪廓分為正負(fù)兩種輪廓，編程輪廓在X′正方向稱為正輪廓，編程輪廓在X′負(fù)方向?yàn)樨?fù)輪廓。

如果編程中使用的公式曲線是正輪廓，則在計(jì)算工件坐標(biāo)系下的X坐標(biāo)值（#201）時(shí)，宏變量#200的前面應(yīng)冠以正號(hào)；如公式曲線是負(fù)輪廓，則宏變量#200的前面應(yīng)冠以負(fù)號(hào)，即#201=±#200+△X。

（6）設(shè)定橢圓曲線宏程序編程模板。設(shè)Z坐標(biāo)為自變量#100，X坐標(biāo)為因變量#200，自變量步長(zhǎng)為△w，△X為曲線本身坐標(biāo)系原點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下X方向偏移量，△Z為曲線本身坐標(biāo)系原點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下Z方向偏移量，則公式曲線段的加工程序宏指令編程模板如下。

#100=Z1 （定義自變量的起點(diǎn)Z坐標(biāo)）

WHILE [#100 GE Z2]DO 1 （加工控制）

#200=f（#100） （建立自變量與因變量函數(shù)關(guān)系式）

#201=±#200+△X （計(jì)算曲線上點(diǎn)在加工坐標(biāo)系的X坐標(biāo)）

#101=#100+△Z（計(jì)算曲線上點(diǎn)在加工坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)）

G01X[2*#201]Z[#101]F（曲線加工）

#100=#100-△w（自變量減小一個(gè)步距）

END1（加工結(jié)束）

二、橢圓曲線編程技巧

運(yùn)用以上橢圓曲線宏程序模板，就可以快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)零件公式曲線輪廓的編程和加工。下面介紹一個(gè)具體應(yīng)用示例。加工圖1所示橢圓輪廓，棒料Φ45號(hào)鋼材，編程零點(diǎn)放在工件右端面。

如圖1（1）分析零件尺寸，確定正負(fù)輪廓及代數(shù)偏移量（△X和△Z）。

由圖1可知，該圖中的橢圓曲線為凸?fàn)睿幊梯喞赬′軸正方向?yàn)檎喞?，在?jì)算工件坐標(biāo)系下的X坐標(biāo)值（#3、#201）時(shí)，宏變量#200的前面應(yīng)冠以正號(hào)，公式曲線自身坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對(duì)于工件原點(diǎn)的偏移量為（X0，Z-60）。

（2）零件的外輪廓粗精加工參考程序如下（粗加工用直角方程，精加工用極坐標(biāo)方程）。

O9999；

N10 G99 S800 M03；（啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)）

N20 T0101；（選用1號(hào)刀具）

N30 G0 X41 Z2；（靠近工件定位）

N40 G1 Z-65 F0.15；（粗加工開始）

N50 G0 X42 Z2；

#1=20*20*4；（4a2） 橢圓直徑

#2=60；（b）橢圓長(zhǎng)度

#3=35；（X初值（直徑值））

WHILE[ #3 GE 0]DO1；（粗加工控制）

#100= #2*SQRT[1-#3*#3/#1]；（Z）

#101= #100-60+0.2

G0 X[#3+1]；（進(jìn)刀）

G1 Z[#101] F0.15；（切削）

N60G0 U1；（退刀）

N70Z2；（返回）

#3= #3-4；（下一刀切削直徑）

END1；

#10=0.8；（X向精加工余量）

#11=0.1；（Z向精加工余量）

WHILE[#10 GE 0] DO1；（半精、精加工控制）

M03S1200；（進(jìn)刀，準(zhǔn)備精加工）

G0 X0Z0；

#20=0；（角度初值）

WHILE [#20 LE 90] DO2；（曲線加工范圍）

#200=2*20*SIN[#20]；（X）

#201= #200+#10

#100=60*COS[#20]；（Z）

#101= #100+#11-60

G1X[#201]Z[#101] F0.1；（曲線精加工）

#20= #20+1；

END2；

G1 Z-65；

G0 X45Z2；

#10= #10-0.8；

#11= #11-0.1；

END1；

G0 X100Z200；

M30；

三、數(shù)控加工

在一般的數(shù)控加工中，我們加工橢圓曲線時(shí)，有一些明顯的刀痕，達(dá)不到零件所要求的表面質(zhì)量。在實(shí)際加工中仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，由于刀具的選擇、切削用量的確定會(huì)影響曲線的表面加工質(zhì)量。

（1）刀具選擇。安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀對(duì)刀具幾何形狀的反映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀刃圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。

（2）切削深度ap。數(shù)控車床粗加工時(shí)，在機(jī)床能力范內(nèi)主要考慮工效；為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留較小的余量進(jìn)行精加工。

（3）切削速度v。提高v也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施，但v與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。切削速度與加工材料也有很大關(guān)系，不同材料選用不同的切削速度。粗加工時(shí)慢速大切削量，精加工時(shí)高速小切削量。

（4）主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v來(lái)選定。計(jì)算公式為：v=∏nd/1000。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。

（5）進(jìn)給速度vF。vF應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件外徑和材料來(lái)選擇。當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選小些。實(shí)際加工（如圖2）所示零件表明，合理選擇刀具、切削用量和使用宏程序編輯，可減輕加工刀痕，達(dá)到表面質(zhì)量要求。而且從上面的程序可以看出，該程序很短，編程工作量很小。另外若改變變量的最初定義值，就可以改變曲線的循環(huán)次數(shù)，非常方便。這種方法在周期性循環(huán)曲線的數(shù)控加工中，是一種比較完美的編程方法。

（6）運(yùn)用數(shù)控車加工，可得到圖（如圖2）所示零件。

如圖2

四、結(jié)束語(yǔ)

本文主要是為了闡述橢圓曲線宏程序功能在實(shí)際應(yīng)用時(shí)所需遵循的編程原則與思路。在編制宏程序時(shí)，要牢記變量的種類及特性，不可亂用。因?yàn)榫植孔兞?、系統(tǒng)變量、公共變量的用途和性質(zhì)各不相同，另外對(duì)程序的分析還不難發(fā)現(xiàn)：若零件中橢圓長(zhǎng)半軸半徑與短半軸半徑改變，則只需將程序中參數(shù)變量#100、#101與#200、#201改變即可，而不需再對(duì)程序作其它任何改動(dòng)，這一點(diǎn)相對(duì)于一些自動(dòng)編程軟件（如CAXA、PRE、MasterCAM、UG等）則要靈活得多；充分體現(xiàn)用戶宏功能是用戶提高數(shù)控機(jī)床性能的一種特珠功能。

參考文獻(xiàn)：

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