張曉玉
(北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司,北京100160)
非圓曲線類零件的加工,一直以來(lái)就是數(shù)控車加工中比較棘手的問(wèn)題。拋物線作為非圓曲線的一種,其數(shù)控編程加工具有很強(qiáng)的代表性,在各大數(shù)控車職業(yè)技能比賽中屢次出現(xiàn)。通常采用G代碼編制NC程序加工拋物線,但由于編程過(guò)程中計(jì)算量大,程序過(guò)于冗長(zhǎng),而且程序修改變更較為繁瑣,故不適用于實(shí)際生產(chǎn)[1]。大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)不具備專門的拋物線插補(bǔ)功能,所以加工拋物線時(shí)多以宏程序?yàn)檩d體,采用直線逼近法或圓弧逼近法的方式進(jìn)行加工。本文以FANUC Series 0i Mate-TD數(shù)控系統(tǒng)、前置四方刀架、絕對(duì)編碼器為例,詳細(xì)介紹如何采用宏程序編程方式來(lái)實(shí)現(xiàn)拋物線類零件的加工。
到一定點(diǎn)與一定直線(假定定點(diǎn)不在定直線上)的距離相等的動(dòng)點(diǎn)的軌跡稱為拋物線,定點(diǎn)稱為拋物線的焦點(diǎn),定直線稱為拋物線的準(zhǔn)線。拋物線有一對(duì)稱軸,拋物線的焦點(diǎn)在此軸上,此軸簡(jiǎn)稱拋物線的軸,拋物線與它的軸的交點(diǎn)稱為拋物線的頂點(diǎn)[2],如圖1所示。
圖1 拋物線
以數(shù)控車床X-Z坐標(biāo)系為基礎(chǔ),拋物線標(biāo)準(zhǔn)方程為X2=-2PZ(P>0)[3]。具體參數(shù)為:焦點(diǎn)F(-P/2,0)、頂點(diǎn)(0,0)、準(zhǔn)線方程Z=P/2、通徑端點(diǎn)(P/2,± )P,對(duì)稱軸Z軸、離心率e=1、焦半徑MF=P/2-Z0。數(shù)控車編程中多將上式整理為以Z軸坐標(biāo)作為自變量,X軸坐標(biāo)作為因變量。
宏程序加工拋物線實(shí)質(zhì)上是根據(jù)拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程,用宏代碼密集地計(jì)算出拋物線輪廓上的坐標(biāo)值,然后驅(qū)動(dòng)刀具沿著這些坐標(biāo)值逐步移動(dòng),實(shí)質(zhì)上就是用小段直線逼近拋物線輪廓。
加工圖樣如圖2[4]所示,毛坯直徑為φ70圓鋼,材質(zhì)為45鋼。編程思路:依靠拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程,通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系把拋物線的X方向值表述出來(lái),而在程序中,使拋物線Z方向從起始值逐步增大到Z方向終止值。
工件坐標(biāo)系建立在工件右端面中心,對(duì)刀操作如圖3所示,通過(guò)設(shè)置刀具偏移值建立工件坐標(biāo)系,如圖4所示。
精加工軌跡編程如下:
圖2 拋物線
圖3 對(duì)刀操作圖
圖4 設(shè)置刀具偏移值建立工件坐標(biāo)系
拋物線精加工程序如下:
執(zhí)行IF程序段時(shí),是從該程序段往下逐段檢索轉(zhuǎn)向目標(biāo)(程序段的)順序號(hào)的。如果到程序結(jié)尾仍未找到,就回到程序開(kāi)頭繼續(xù)逐段檢索,直到檢索到為止(如始終未檢索到,系統(tǒng)就發(fā)出128號(hào)報(bào)警),逐段檢索需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間[5]。因此使用IF語(yǔ)句進(jìn)行編程時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)滯后的現(xiàn)象,對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求極高。而WHILE-END循環(huán)指令的循環(huán)頭和循環(huán)尾如同兩堵墻,執(zhí)行時(shí)在這兩堵墻之間來(lái)回循環(huán),就快得多了,故應(yīng)盡量采用WHILE-END語(yǔ)句編寫循環(huán)程序。
FANUC Series 0i Mate-TD數(shù)控系統(tǒng)不但可以使用G73、G70指令完成零件的粗精加工(多用于毛坯為鑄件、鍛件的零件),而且新增了使用G71指令與精加工程序相互嵌套結(jié)合G70指令完成零件粗精加工的功能(多用于毛坯為圓鋼的零件)。以G71指令為例,與2.1節(jié)所示精加工程序完成嵌套,具體格式如下:
采用VERICUT軟件對(duì)2,4節(jié)粗精加工程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證。VERICUT軟件是美國(guó)CGTECH公司開(kāi)發(fā)的專業(yè)數(shù)控機(jī)床加工仿真軟件,通過(guò)VERICUT軟件對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的仿真校驗(yàn),能夠有效排除程序中存在的錯(cuò)誤及機(jī)床干涉碰撞、過(guò)切欠切、超行程等問(wèn)題,從而取代或簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的切削件試切方式,節(jié)省時(shí)間,降低成本[6]。
1)建立數(shù)車模型,如圖5所示,毛坯設(shè)置為φ70棒料。
圖5 VT數(shù)車模型
圖6 VT刀片
圖7 VT刀具
圖8 粗加工程序驗(yàn)證
圖9 精加工程序驗(yàn)證
圖10 仿真刀路軌跡
3)對(duì)拋物線粗加工的驗(yàn)證如圖8所示。
4)對(duì)拋物線精加工的驗(yàn)證如圖9所示。
5)仿真刀路軌跡如圖10所示。
本文介紹的宏程序數(shù)控車加工拋物線的編程方法通用性較強(qiáng),對(duì)于不同的拋物線方程,只需更改相應(yīng)參數(shù)即可迅速完成拋物線精加工程序的編制。通過(guò)與G71、G73、G70指令結(jié)合能完成拋物線類零件的粗、精加工。而且與CAXA、MASTERCAM、UG等自動(dòng)編程軟件編出的程序相比,具有程序簡(jiǎn)潔、不冗長(zhǎng)、占用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存空間小等優(yōu)點(diǎn),通過(guò)程序在VERICUT數(shù)控仿真軟件中的運(yùn)行,驗(yàn)證了程序的準(zhǔn)確性。本文所研究的方法,對(duì)數(shù)控車加工其它圓錐曲線,如橢圓、雙曲線等具有一定的參考價(jià)值,并且方法實(shí)用可靠,在FANUC Series 0i Mate-TD數(shù)控系統(tǒng)上車削成功,可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。