某數(shù)控車床公式曲線類零件編制加工程序的設(shè)計與實現(xiàn)

趙 鈺

(重慶大學(xué)機械工程學(xué)院，重慶 400044)

要想加工出公式曲線類零件，比較簡單的方法有兩種:一種方法是利用CAD/CAM軟件輔助編程;另一種方法是手工編制宏程序進行加工。下面以拋物線零件的程序編制步驟對兩種方法分別進行介紹。

1 利用CAD/CAM軟件輔助編程

此種方法是利用軟件強大的功能去計算輪廓節(jié)點，以近似的線條去逼近輪廓線條，編程人員只需根據(jù)軟件的提示進行相關(guān)的設(shè)置，即可將加工程序編寫出來。市面上主流的CAD/CAM軟件有UG NX、PRO/ENGINEER、CATIA、MASTERCAM 等，都具有強大的設(shè)計制造功能，其中MASTERCAM軟件擁有強大的CAM功能，在國內(nèi)外企業(yè)有眾多的支持者，使用率非常高，下面就以MASTERCAM軟件為例進行介紹。加工的零件和尺寸如圖1所示。

圖1 加工的零件和尺寸

1.1 利用軟件的CAD功能畫出工件輪廓。

進入Master cam軟件的“Lathe”模塊，即車削模塊，然后利用界面左側(cè)工具欄的“繪圖”功能繪制要想加工的零件輪廓，如圖2。根據(jù)該軟件的特點，所有車削零件只需繪制軸線上半部分的輪廓即可，非常方便，輪廓可以封閉也可以不封閉，如圖3為封閉的輪廓。繪圖的關(guān)鍵點是繪制拋物線，畫圖時應(yīng)找到拋物線的起點，然后再找到拋物線上的3到5個點，最后用繪制曲線的方式繪制出來，這樣做會略有誤差。

圖2 軟件界面

圖3 繪制零件輪廓

1.2 利用軟件的CAM功能輔助編程

1)初始設(shè)置，如圖4。依次選擇“T刀具路徑”——“J工作設(shè)定”選項，彈出工作設(shè)定對話框。工作設(shè)定對話框包含兩個選項，如圖5，一個選項是“普通選項”，主要的功能是設(shè)置刀具的路徑規(guī)則、刀具補償?shù)臄?shù)據(jù)、零件材料、機床參數(shù)等，一般情況下以默認的選項進行設(shè)置即可。另一個選項是“邊界定義”，主要功能是設(shè)置編程時機床的夾頭方向、是否需要頂尖和中心架等輔助工具等，按圖5進行設(shè)置即可。

圖4 初始設(shè)置按鈕

圖5 初始設(shè)置界面

2)選擇加工方式，加工方式為先粗加工后精加工

(1)粗加工。依次選擇“粗加工”——“串連”選項，如圖6所示。然后再按照從右向左的順序(或者加工順序)，選中加工的起始輪廓和最后一段輪廓，軟件即可自動把包含的輪廓串連。如圖7所示藍色部分線條。但要注意到，選擇初始輪廓時的串連方向應(yīng)與加工方向一致。再點擊圖6的“執(zhí)行”選項，進入刀具及參數(shù)設(shè)定的界面。此界面有兩個選項，一個是“刀具參數(shù)”選項，另一個是“粗加工參數(shù)”選項。先在“刀具參數(shù)”選項中，按圖8進行設(shè)置，再到“粗加工參數(shù)”選項中，按圖9進行設(shè)置，設(shè)置完后單擊“確定”，出現(xiàn)如圖10刀路軌跡。點擊“操作管理”——“實體驗證”。驗證結(jié)果如圖 11、12。

圖6 粗加工

圖7 串連要加工的輪廓

圖8 選擇刀具

圖9 粗加工參數(shù)設(shè)置

圖10 生成刀路軌跡

圖11 實體驗證

圖12 粗加工驗證結(jié)果

(2)精加工?；氐健暗毒呗窂健边x項框，依次選擇“精加工”——“串連”，依次串聯(lián)粗加工時串聯(lián)的輪廓，串連方法與粗加工一致。單擊“執(zhí)行”，出現(xiàn)刀具和參數(shù)設(shè)置界面，設(shè)置方法如圖14。單擊“確定”，計算出如圖15精加工刀路。單擊“全選”——“實體驗證”，如圖16。

圖13 精加工選擇

圖14 精加工參數(shù)設(shè)置

圖15 精加工刀路軌跡

圖16 粗、精加工驗證結(jié)果

(3)后處理。依次“操作管理”——“全選”——“后處理”，如圖17所示，進行后處理參數(shù)設(shè)置。單擊“確定”按鈕后，生成加工程序文件，并保存在設(shè)置的路徑里。打開此文件，顯示如圖18。將程序的格式改為使用的數(shù)控系統(tǒng)的格式后，可將程序存入U盤，把U盤插到機床上可直接讀取程序加工，但為了避免機床中病毒，或者有些機床沒有USB接口，那就最好是抄錄下來，在機床的操作面板上把程序?qū)戇M系統(tǒng)，最后運行程序即可完成加工。

圖17 后處理步驟

圖18 生成的加工程序

2 手工編制宏程序

宏就是用公式來加工零件的，比如拋物線、雙曲線等，如果沒有宏的話，要逐點算出曲線上的點，然后慢慢用直線去逼近，如果工件的粗糙度要求很高，需要計算的點就會很多，編程的計算量相當大?？墒菓?yīng)用了宏后，把拋物線或者雙曲線的公式輸入到系統(tǒng)中，然后給出Z坐標或者X坐標，并且設(shè)置每次變化的數(shù)值，宏就會自動算出X坐標或者Z坐標，并且進行切削，實現(xiàn)人工計算不能達到的加工精度，并且極大的減輕了編程的計算量。本研究中數(shù)控車床配備的數(shù)控系統(tǒng)主要為華中數(shù)控世紀星和廣州數(shù)控GSK980TDb兩種系統(tǒng)，均有宏編輯功能，下面介紹宏程序結(jié)合復(fù)合循環(huán)指令 G71、G70進行編程的方法。

2.1 G71、G70 程序格式

G71指令為復(fù)合循環(huán)加工指令，可以完成零件的粗加工;G70指令為精加工，兩個指令相互結(jié)合，共同完成零件的粗精加工。根據(jù)圖1的尺寸要求，現(xiàn)將G71和G70格式寫出如下:

2.2 宏程序格式

任意曲線y=f(x)的加工，單調(diào)區(qū)間x由x1變到x2。

格式一:

#1=x1;初值

N11#2=f(x1)或者寫成#2=f(#1)

G01 G01 X［#1］Z［#2］;以直線方式加工

#1=#1+0.5;或者#1=#1 － 0.5;變化值

其中，Yit是被解釋變量，表示第i個區(qū)域t時期的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展程度，Xit是外生解釋變量矩陣，μit是隨機擾動項向量，WYit是響應(yīng)變量的空間自回歸項，ρ為空間自回歸系數(shù)，度量相鄰區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的空間依賴性，其大小反映了相鄰區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展溢出和擴散的平均強度。

IF［#1 LE X2］GOTO11;或者 IF［#1 GE X2］GOTO11;判斷語句，執(zhí)行從N11段循環(huán)到本段

M30(實際應(yīng)用，用具體表達式代替f(x)即可)

格式二:

#1=;初值

#2=;初值

N11 G01 G01 X［#1］Z［#2］;以直線方式加工

#1=#1+0.5;或者#1=#1 － 0.5;變化值

#2=f(x1)或者寫成#2=f(#1)

IF［#1 LE X2］GOTO11;或者 IF［#1 GE X2］GOTO11;判斷語句，執(zhí)行從N11段循環(huán)到本段

M30(實際應(yīng)用，用具體表達式代替f(x)即可)

2.3 現(xiàn)編制如圖1公式曲線

該曲線為拋物線，其公式為Z=－X2/10，該公式的宏表示格式為:#1=－#2*#2/10，#2=2*SQRT［－10*#1］。此處為直徑編程，該公式是以半徑形式表示出來的，因此應(yīng)該把該公式轉(zhuǎn)換為直徑形式，即#1=－#2*#2/40。

(1)用格式一編程，編好后如下

宏程序的編制靈活性很高，方法也很多，但以上兩種公式比較直觀，最易理解和掌握，特別適合初學(xué)者入門學(xué)習(xí)。通過以上兩種格式，在編程時只需將宏程序的格式裝進G71循環(huán)程序中即可加工出想要的輪廓。而在宏程序中，我們則需要將曲線的公式以宏程序的格式寫出來就行。

3 結(jié)論

本文介紹了自動編程和手工編程編寫公式曲線的方法，兩種方法各有利弊。自動編程這種方法的好處是不需要進行太多的數(shù)學(xué)計算，只需利用軟件進行參數(shù)設(shè)置，然后自動生成加工程序。軟件生成出來的程序段以G01直線插補指令為主，以極小的直線段去逼近拋物線輪廓，所以程序段較多。缺點是編程人員必須要會使用CAD/CAM軟件，首先要用軟件的CAD模塊畫出想要加工的輪廓，再利用軟件的CAM模塊進行編程，如果對軟件不熟悉，則會花費較多時間。如果使用的軟件只具備CAD功能，那便需要導(dǎo)入到CAM軟件中進行編程，主流軟件圖素交換主要以IGES格式為主，比較方便。而手工編寫宏程序指令的相對較難，對數(shù)學(xué)和計算機技能的要求較高，但也沒想象中復(fù)雜，任何事物都有其自身規(guī)律，只要掌握其規(guī)律，問題就解決了。

［1］李玉煒，肖耕亞.Mastercam9.0實訓(xùn)教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006.

［2］韓加好.數(shù)控編程與操作技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2008.

［3］王睿.Mastercam9實用教程［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

［4］眭潤舟.數(shù)控編程與加工技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［5］王衛(wèi)兵.MasterCAM數(shù)控編程實用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版，2005.