節(jié)流芯軸的數(shù)控編程加工

摘 要 宏程序作為數(shù)控系統(tǒng)的特殊的高級功能指令，可實現(xiàn)工件特殊輪廓的編程或構(gòu)成靈活的功能塊。文章通過對形狀要求特殊輪廓軸的加工過程分析，最終采用宏程序編程的解決方案，實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量的加工。

關(guān)鍵詞 節(jié)流芯軸；手工編程；宏程序

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0117-02

在液壓設(shè)備中，很多芯軸的形狀要與流體力學(xué)計算的結(jié)果相符，即要得到流線輪廓的芯軸。以前流線輪廓的軸，一般在普通車床上加工，采用近似逼近的方法或者仿形加工，但因形狀的精度低而且軸的表面精度也很難保證，導(dǎo)致節(jié)流軸部分的工作不理想。圖1示的節(jié)流芯軸就是根據(jù)流體力學(xué)的計算得到的，要求軸的圓弧段是非線性的，而且表面質(zhì)量要求很高。

圖1 節(jié)流芯軸零件圖

用普通車床加工的芯軸，在液壓機(jī)工作的過程中，個別會出現(xiàn)輕微的噪聲，嚴(yán)重的會出現(xiàn)缸的蠕動。經(jīng)過分析，主要原因是軸的表面輪廓和表面質(zhì)量不能達(dá)到理想的要求所導(dǎo)致，或者軸在定位時出現(xiàn)偏心，以上兩者都是在加工過程中產(chǎn)生的加工誤差，所以提高芯軸零件的質(zhì)量是迫在眉睫的。

1 解決

數(shù)控車床在加工常見的零件輪廓時，加工直線可利用數(shù)控車床具有的直線插補(bǔ)指令、圓弧可利用圓弧插補(bǔ)指令實現(xiàn)，這種能力是普通車床不具備的。在數(shù)控車床編程的方法有兩種：手動編程和自動編程，這兩種編程方法因特點各不相同，應(yīng)用也不同。自動編程方法，是在計算機(jī)上用可以建立模型的CAM軟件建立零件模型，并做好走刀路線和工藝參數(shù)確定，計算機(jī)按設(shè)定的工藝過程進(jìn)行數(shù)值計算，自動生成零件加工程序，最后利用CAM 的后處理功能生出數(shù)控機(jī)床能讀取的G代碼程序，通過通訊接口將程序直接送到數(shù)控系統(tǒng)，控制機(jī)床進(jìn)行加工。手動編程是包括分析零件圖紙、制訂加工工藝、運(yùn)算刀具軌跡，編寫零件加工程序等過程都是由人完成的。

在編制節(jié)流芯軸的程序的過程中，在生成流線輪廓線時，發(fā)現(xiàn)CAM軟件包括UG、SolidrWorks等生成的輪廓的直徑尺寸不能滿足設(shè)計要求，最大的直徑尺寸和理論計算值相差0.5 mm。只有采用手動編程，在手動編程中，功能靈活而且強(qiáng)大的宏程序是生產(chǎn)廠商為滿足用戶的特殊需要而設(shè)計的，宏程序是用類似計算機(jī)高級語言（如C語言）可以進(jìn)行變量賦值、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)混合運(yùn)算的程序編寫形式，并含有循環(huán)、判斷、分支和子程序調(diào)用的功能指令，以滿足各種復(fù)雜的零件加工程序編程的需要。

2 編程思路

在零件的編程時，關(guān)鍵是流線段的實現(xiàn)，其編程時根據(jù)微分原理，即先在零件輪廓曲線的起點和終點之間按一定微小距離進(jìn)行等分處理，再求出與Z軸對應(yīng)的流線X軸的坐標(biāo)，兩個相鄰的流線點之間用直線插補(bǔ)近似加工出零件輪廓，用循環(huán)語句實現(xiàn)工件加工。即在規(guī)定編程誤差范圍內(nèi)用一系列光滑連接的直線段或圓弧段分割逼近給定的曲線，使得逼近誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，利用高級語言中的循環(huán)程序的設(shè)計方法，編制出零件的加工程序。

具體實現(xiàn)方法流線段擬用等間距直線逼近法，以z值間距為循環(huán)變量，由標(biāo)準(zhǔn)方程求；利用直線插補(bǔ)處理；將兩個間距點之間利用直線插補(bǔ)來代替流線。因等分點間距很小，流線擬合精度提高。

在編程時，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的時：在確定Z軸的數(shù)據(jù)點時，等分點越多，擬合的精度越高，加工的精度越高，但是加工的時間會相應(yīng)增多。

3 程序清單

在加工時采用廣數(shù)數(shù)控機(jī)床980TDB加工，編程分為三段，T0404刀具為粗加工零件的外輪廓段，在加工完成后用宏程序編程加工流線輪廓段；T0101加工零件的螺紋段；T0202加工零件的密封槽段。下面是加工源程序。

O9900

T0404

M08

G98

S600M03

G0G42X200

Z1.0

X36

G01X36F100

G71 U1.0R0.5

G71P10Q20F100

N10 G1X13.8

X15.8Z-1.0

Z-27

X17.98

X19.98W-1

Z-37

X28.98W-0.5

Z-134

X36W-3

N20Z-150

G0Z-150

X31

G71U1.0R0.5

G71U1.0R0.5

G71P30Q40U0.1W0.05F150S600

N30 G1X30F50S900

Z-40

X29.97

#1=0.0

WHILE[#1 LE 100] DO 1

#2=SQRT#1

#3=2*SQRT[225-3.12*#2]

G1 X[#3] Z-[#1+40] F50.0

#1=#1+0.01

END1

N40 W-3

T0505

G70 P30 Q40

G01 X40

G00X200Z100

T0101

M30S300

G0 Z1.0

X17.0

G76P041060Q10R0.01

G76X13.4Z-26P1299Q600F2.0

G0X200

Z10

T0202

G00X40Z1

M03S400

G0X21Z-33

G01X16.01F30

G04X1

G00X21

G00X200Z10

M05M09

M30

%

4 結(jié)束語

1）在處理特殊輪廓的自動編程時，要校核CAM軟件的精度，以確保加工質(zhì)量。

2）宏程序編寫的基礎(chǔ)是建立正確的數(shù)學(xué)模型，合理選定自變量并正確寫出因變量表達(dá)式是編程的關(guān)鍵，并合理使用循環(huán)語句來達(dá)到往復(fù)加工輪廓。

3）直線擬合時要注意坐標(biāo)處理，坐標(biāo)原點的位置不同，循環(huán)的方式不同，在編程時要掌握好坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

4）對于等分距離的長度要合理選擇，粗加工可取大值，以提高粗加工效率；在精加工時為保證精度應(yīng)取較小值。

5）安裝數(shù)控加工后的芯軸的液壓機(jī)的工作平穩(wěn)，而且數(shù)控加工零件的生產(chǎn)效率大大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]涂志彪，趙曉運(yùn).淺析曲面圖形數(shù)控加工宏程序編程與CAM編程[J].電子測試，2013（5）：78-79.

[2]盛利強(qiáng).數(shù)控車非圓曲線輪廓的加工—宏程序編程思路[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2009（3）：71-72.

[3]趙太平.數(shù)控車削編程與加工技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[4]黃啟紅.宏程序在非圓曲線類零件車削加工中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2011（5）：49-51.

作者簡介

王曉東（1964-），男，遼寧岫巖縣人，副教授，本科，碩士學(xué)位，研究方向：機(jī)械電子工程。endprint

摘 要 宏程序作為數(shù)控系統(tǒng)的特殊的高級功能指令，可實現(xiàn)工件特殊輪廓的編程或構(gòu)成靈活的功能塊。文章通過對形狀要求特殊輪廓軸的加工過程分析，最終采用宏程序編程的解決方案，實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量的加工。

關(guān)鍵詞 節(jié)流芯軸；手工編程；宏程序

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0117-02

在液壓設(shè)備中，很多芯軸的形狀要與流體力學(xué)計算的結(jié)果相符，即要得到流線輪廓的芯軸。以前流線輪廓的軸，一般在普通車床上加工，采用近似逼近的方法或者仿形加工，但因形狀的精度低而且軸的表面精度也很難保證，導(dǎo)致節(jié)流軸部分的工作不理想。圖1示的節(jié)流芯軸就是根據(jù)流體力學(xué)的計算得到的，要求軸的圓弧段是非線性的，而且表面質(zhì)量要求很高。

圖1 節(jié)流芯軸零件圖

用普通車床加工的芯軸，在液壓機(jī)工作的過程中，個別會出現(xiàn)輕微的噪聲，嚴(yán)重的會出現(xiàn)缸的蠕動。經(jīng)過分析，主要原因是軸的表面輪廓和表面質(zhì)量不能達(dá)到理想的要求所導(dǎo)致，或者軸在定位時出現(xiàn)偏心，以上兩者都是在加工過程中產(chǎn)生的加工誤差，所以提高芯軸零件的質(zhì)量是迫在眉睫的。

1 解決

數(shù)控車床在加工常見的零件輪廓時，加工直線可利用數(shù)控車床具有的直線插補(bǔ)指令、圓弧可利用圓弧插補(bǔ)指令實現(xiàn)，這種能力是普通車床不具備的。在數(shù)控車床編程的方法有兩種：手動編程和自動編程，這兩種編程方法因特點各不相同，應(yīng)用也不同。自動編程方法，是在計算機(jī)上用可以建立模型的CAM軟件建立零件模型，并做好走刀路線和工藝參數(shù)確定，計算機(jī)按設(shè)定的工藝過程進(jìn)行數(shù)值計算，自動生成零件加工程序，最后利用CAM 的后處理功能生出數(shù)控機(jī)床能讀取的G代碼程序，通過通訊接口將程序直接送到數(shù)控系統(tǒng)，控制機(jī)床進(jìn)行加工。手動編程是包括分析零件圖紙、制訂加工工藝、運(yùn)算刀具軌跡，編寫零件加工程序等過程都是由人完成的。

在編制節(jié)流芯軸的程序的過程中，在生成流線輪廓線時，發(fā)現(xiàn)CAM軟件包括UG、SolidrWorks等生成的輪廓的直徑尺寸不能滿足設(shè)計要求，最大的直徑尺寸和理論計算值相差0.5 mm。只有采用手動編程，在手動編程中，功能靈活而且強(qiáng)大的宏程序是生產(chǎn)廠商為滿足用戶的特殊需要而設(shè)計的，宏程序是用類似計算機(jī)高級語言（如C語言）可以進(jìn)行變量賦值、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)混合運(yùn)算的程序編寫形式，并含有循環(huán)、判斷、分支和子程序調(diào)用的功能指令，以滿足各種復(fù)雜的零件加工程序編程的需要。

2 編程思路

在零件的編程時，關(guān)鍵是流線段的實現(xiàn)，其編程時根據(jù)微分原理，即先在零件輪廓曲線的起點和終點之間按一定微小距離進(jìn)行等分處理，再求出與Z軸對應(yīng)的流線X軸的坐標(biāo)，兩個相鄰的流線點之間用直線插補(bǔ)近似加工出零件輪廓，用循環(huán)語句實現(xiàn)工件加工。即在規(guī)定編程誤差范圍內(nèi)用一系列光滑連接的直線段或圓弧段分割逼近給定的曲線，使得逼近誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，利用高級語言中的循環(huán)程序的設(shè)計方法，編制出零件的加工程序。

具體實現(xiàn)方法流線段擬用等間距直線逼近法，以z值間距為循環(huán)變量，由標(biāo)準(zhǔn)方程求；利用直線插補(bǔ)處理；將兩個間距點之間利用直線插補(bǔ)來代替流線。因等分點間距很小，流線擬合精度提高。

在編程時，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的時：在確定Z軸的數(shù)據(jù)點時，等分點越多，擬合的精度越高，加工的精度越高，但是加工的時間會相應(yīng)增多。

3 程序清單

在加工時采用廣數(shù)數(shù)控機(jī)床980TDB加工，編程分為三段，T0404刀具為粗加工零件的外輪廓段，在加工完成后用宏程序編程加工流線輪廓段；T0101加工零件的螺紋段；T0202加工零件的密封槽段。下面是加工源程序。

O9900

T0404

M08

G98

S600M03

G0G42X200

Z1.0

X36

G01X36F100

G71 U1.0R0.5

G71P10Q20F100

N10 G1X13.8

X15.8Z-1.0

Z-27

X17.98

X19.98W-1

Z-37

X28.98W-0.5

Z-134

X36W-3

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G0Z-150

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G71U1.0R0.5

G71U1.0R0.5

G71P30Q40U0.1W0.05F150S600

N30 G1X30F50S900

Z-40

X29.97

#1=0.0

WHILE[#1 LE 100] DO 1

#2=SQRT#1

#3=2*SQRT[225-3.12*#2]

G1 X[#3] Z-[#1+40] F50.0

#1=#1+0.01

END1

N40 W-3

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G70 P30 Q40

G01 X40

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G0X200

Z10

T0202

G00X40Z1

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G01X16.01F30

G04X1

G00X21

G00X200Z10

M05M09

M30

%

4 結(jié)束語

1）在處理特殊輪廓的自動編程時，要校核CAM軟件的精度，以確保加工質(zhì)量。

2）宏程序編寫的基礎(chǔ)是建立正確的數(shù)學(xué)模型，合理選定自變量并正確寫出因變量表達(dá)式是編程的關(guān)鍵，并合理使用循環(huán)語句來達(dá)到往復(fù)加工輪廓。

3）直線擬合時要注意坐標(biāo)處理，坐標(biāo)原點的位置不同，循環(huán)的方式不同，在編程時要掌握好坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

4）對于等分距離的長度要合理選擇，粗加工可取大值，以提高粗加工效率；在精加工時為保證精度應(yīng)取較小值。

5）安裝數(shù)控加工后的芯軸的液壓機(jī)的工作平穩(wěn)，而且數(shù)控加工零件的生產(chǎn)效率大大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]涂志彪，趙曉運(yùn).淺析曲面圖形數(shù)控加工宏程序編程與CAM編程[J].電子測試，2013（5）：78-79.

[2]盛利強(qiáng).數(shù)控車非圓曲線輪廓的加工—宏程序編程思路[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2009（3）：71-72.

[3]趙太平.數(shù)控車削編程與加工技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[4]黃啟紅.宏程序在非圓曲線類零件車削加工中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2011（5）：49-51.

作者簡介

王曉東（1964-），男，遼寧岫巖縣人，副教授，本科，碩士學(xué)位，研究方向：機(jī)械電子工程。endprint

摘 要 宏程序作為數(shù)控系統(tǒng)的特殊的高級功能指令，可實現(xiàn)工件特殊輪廓的編程或構(gòu)成靈活的功能塊。文章通過對形狀要求特殊輪廓軸的加工過程分析，最終采用宏程序編程的解決方案，實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量的加工。

關(guān)鍵詞 節(jié)流芯軸；手工編程；宏程序

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0117-02

在液壓設(shè)備中，很多芯軸的形狀要與流體力學(xué)計算的結(jié)果相符，即要得到流線輪廓的芯軸。以前流線輪廓的軸，一般在普通車床上加工，采用近似逼近的方法或者仿形加工，但因形狀的精度低而且軸的表面精度也很難保證，導(dǎo)致節(jié)流軸部分的工作不理想。圖1示的節(jié)流芯軸就是根據(jù)流體力學(xué)的計算得到的，要求軸的圓弧段是非線性的，而且表面質(zhì)量要求很高。

圖1 節(jié)流芯軸零件圖

用普通車床加工的芯軸，在液壓機(jī)工作的過程中，個別會出現(xiàn)輕微的噪聲，嚴(yán)重的會出現(xiàn)缸的蠕動。經(jīng)過分析，主要原因是軸的表面輪廓和表面質(zhì)量不能達(dá)到理想的要求所導(dǎo)致，或者軸在定位時出現(xiàn)偏心，以上兩者都是在加工過程中產(chǎn)生的加工誤差，所以提高芯軸零件的質(zhì)量是迫在眉睫的。

1 解決

數(shù)控車床在加工常見的零件輪廓時，加工直線可利用數(shù)控車床具有的直線插補(bǔ)指令、圓弧可利用圓弧插補(bǔ)指令實現(xiàn)，這種能力是普通車床不具備的。在數(shù)控車床編程的方法有兩種：手動編程和自動編程，這兩種編程方法因特點各不相同，應(yīng)用也不同。自動編程方法，是在計算機(jī)上用可以建立模型的CAM軟件建立零件模型，并做好走刀路線和工藝參數(shù)確定，計算機(jī)按設(shè)定的工藝過程進(jìn)行數(shù)值計算，自動生成零件加工程序，最后利用CAM 的后處理功能生出數(shù)控機(jī)床能讀取的G代碼程序，通過通訊接口將程序直接送到數(shù)控系統(tǒng)，控制機(jī)床進(jìn)行加工。手動編程是包括分析零件圖紙、制訂加工工藝、運(yùn)算刀具軌跡，編寫零件加工程序等過程都是由人完成的。

在編制節(jié)流芯軸的程序的過程中，在生成流線輪廓線時，發(fā)現(xiàn)CAM軟件包括UG、SolidrWorks等生成的輪廓的直徑尺寸不能滿足設(shè)計要求，最大的直徑尺寸和理論計算值相差0.5 mm。只有采用手動編程，在手動編程中，功能靈活而且強(qiáng)大的宏程序是生產(chǎn)廠商為滿足用戶的特殊需要而設(shè)計的，宏程序是用類似計算機(jī)高級語言（如C語言）可以進(jìn)行變量賦值、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)混合運(yùn)算的程序編寫形式，并含有循環(huán)、判斷、分支和子程序調(diào)用的功能指令，以滿足各種復(fù)雜的零件加工程序編程的需要。

2 編程思路

在零件的編程時，關(guān)鍵是流線段的實現(xiàn)，其編程時根據(jù)微分原理，即先在零件輪廓曲線的起點和終點之間按一定微小距離進(jìn)行等分處理，再求出與Z軸對應(yīng)的流線X軸的坐標(biāo)，兩個相鄰的流線點之間用直線插補(bǔ)近似加工出零件輪廓，用循環(huán)語句實現(xiàn)工件加工。即在規(guī)定編程誤差范圍內(nèi)用一系列光滑連接的直線段或圓弧段分割逼近給定的曲線，使得逼近誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，利用高級語言中的循環(huán)程序的設(shè)計方法，編制出零件的加工程序。

具體實現(xiàn)方法流線段擬用等間距直線逼近法，以z值間距為循環(huán)變量，由標(biāo)準(zhǔn)方程求；利用直線插補(bǔ)處理；將兩個間距點之間利用直線插補(bǔ)來代替流線。因等分點間距很小，流線擬合精度提高。

在編程時，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的時：在確定Z軸的數(shù)據(jù)點時，等分點越多，擬合的精度越高，加工的精度越高，但是加工的時間會相應(yīng)增多。

3 程序清單

在加工時采用廣數(shù)數(shù)控機(jī)床980TDB加工，編程分為三段，T0404刀具為粗加工零件的外輪廓段，在加工完成后用宏程序編程加工流線輪廓段；T0101加工零件的螺紋段；T0202加工零件的密封槽段。下面是加工源程序。

O9900

T0404

M08

G98

S600M03

G0G42X200

Z1.0

X36

G01X36F100

G71 U1.0R0.5

G71P10Q20F100

N10 G1X13.8

X15.8Z-1.0

Z-27

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Z-37

X28.98W-0.5

Z-134

X36W-3

N20Z-150

G0Z-150

X31

G71U1.0R0.5

G71U1.0R0.5

G71P30Q40U0.1W0.05F150S600

N30 G1X30F50S900

Z-40

X29.97

#1=0.0

WHILE[#1 LE 100] DO 1

#2=SQRT#1

#3=2*SQRT[225-3.12*#2]

G1 X[#3] Z-[#1+40] F50.0

#1=#1+0.01

END1

N40 W-3

T0505

G70 P30 Q40

G01 X40

G00X200Z100

T0101

M30S300

G0 Z1.0

X17.0

G76P041060Q10R0.01

G76X13.4Z-26P1299Q600F2.0

G0X200

Z10

T0202

G00X40Z1

M03S400

G0X21Z-33

G01X16.01F30

G04X1

G00X21

G00X200Z10

M05M09

M30

%

4 結(jié)束語

1）在處理特殊輪廓的自動編程時，要校核CAM軟件的精度，以確保加工質(zhì)量。

2）宏程序編寫的基礎(chǔ)是建立正確的數(shù)學(xué)模型，合理選定自變量并正確寫出因變量表達(dá)式是編程的關(guān)鍵，并合理使用循環(huán)語句來達(dá)到往復(fù)加工輪廓。

3）直線擬合時要注意坐標(biāo)處理，坐標(biāo)原點的位置不同，循環(huán)的方式不同，在編程時要掌握好坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

4）對于等分距離的長度要合理選擇，粗加工可取大值，以提高粗加工效率；在精加工時為保證精度應(yīng)取較小值。

5）安裝數(shù)控加工后的芯軸的液壓機(jī)的工作平穩(wěn)，而且數(shù)控加工零件的生產(chǎn)效率大大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]涂志彪，趙曉運(yùn).淺析曲面圖形數(shù)控加工宏程序編程與CAM編程[J].電子測試，2013（5）：78-79.

[2]盛利強(qiáng).數(shù)控車非圓曲線輪廓的加工—宏程序編程思路[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2009（3）：71-72.

[3]趙太平.數(shù)控車削編程與加工技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[4]黃啟紅.宏程序在非圓曲線類零件車削加工中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2011（5）：49-51.

作者簡介

王曉東（1964-），男，遼寧岫巖縣人，副教授，本科，碩士學(xué)位，研究方向：機(jī)械電子工程。endprint