拋物線回轉(zhuǎn)體零件的宏程序加工*

□ 蔣 莉 □ 李清江

遵義職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電與信息工程系 貴州遵義 563000

1 研究背景

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展,加工零件的形狀與結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,非圓曲線橢圓、雙曲線和拋物線等形狀零件加工越來(lái)越多,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般能完成直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ),而對(duì)非圓曲線形狀零件通常采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)編程或用戶宏程序手工編程加工。自動(dòng)編程軟件編寫的程序冗長(zhǎng),發(fā)生錯(cuò)誤或需要調(diào)試時(shí),修改不便,易錯(cuò)。采用手工宏程序編程,可給宏程序賦值變量,能對(duì)變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等,還能通過(guò)條件和循環(huán)等控制語(yǔ)句進(jìn)行程序編寫,程序內(nèi)容簡(jiǎn)潔,便于修改,功能性強(qiáng)。但由于宏程序優(yōu)勢(shì)在于編寫具有數(shù)學(xué)公式表達(dá)的曲線或曲面等加工程序時(shí),能運(yùn)用數(shù)學(xué)算法動(dòng)態(tài)求得加工軌跡的坐標(biāo)數(shù)據(jù),因此對(duì)加工對(duì)象建立合理的數(shù)學(xué)模型是宏程序的關(guān)鍵,這就需要編程人員具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),特別是具有解析幾何知識(shí)基礎(chǔ)。

筆者通過(guò)創(chuàng)建拋物線數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用宏程序強(qiáng)大的參數(shù)化編程功能,設(shè)計(jì)出WHILE和IF控制語(yǔ)句編制拋物線曲線宏程序的通用模板,降低了宏程序編程難度,解決了拋物線等曲面零件編程及加工難的問(wèn)題,供同行借鑒與參考。

2 創(chuàng)建拋物線數(shù)學(xué)模型

如圖1所示,在平面內(nèi),與一個(gè)定點(diǎn)F和一條定直線l(l不經(jīng)過(guò)點(diǎn)F)的距離相等的點(diǎn)的軌跡為拋物線,點(diǎn)F為拋物線的焦點(diǎn),直線l為拋物線的準(zhǔn)線,d為拋物線上點(diǎn)M到直線l的距離。

▲圖1 拋物線

以過(guò)F且垂直于直線l的直線為Z軸,垂足為K,以FK的中點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系ZOX,如圖2所示,推導(dǎo)出拋物線開(kāi)口向右的標(biāo)準(zhǔn)方程。

▲圖2 拋物線坐標(biāo)系

設(shè)M(x,z),|FK|=p,則焦點(diǎn)F=(p/2,0),直線l方程為z=p/2,根據(jù)拋物線定義得出:

(1)

把式(1)等號(hào)兩邊平方,整理得出拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為:

x2=2pzp>0

(2)

再把式(2)轉(zhuǎn)化整理,得式(3),便于拋物線宏程序編制。

(3)

按照以上拋物線標(biāo)準(zhǔn)方程的推導(dǎo)過(guò)程,分別求出ZOX平面內(nèi)拋物線開(kāi)口向右、向左、向上、向下的方程與圖形關(guān)系,如表1和圖3所示。

表1 ZOX平面內(nèi)拋物線方程

▲圖3 拋物線圖形

3 宏程序編制原理

3.1 拋物線宏程序編制流程

在編制拋物線加工宏程序時(shí),編制的流程如圖4所示。

▲圖4 拋物線宏程序編制流程

3.2 拋物線宏程序控制語(yǔ)句

條件轉(zhuǎn)移語(yǔ)句1:IF [ 條件表達(dá)式 ] GOTO n;

當(dāng)條件滿足時(shí),程序就跳轉(zhuǎn)到同一程序中程序段號(hào)為n的程序段繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)條件不滿足時(shí),程序執(zhí)行下一條程序段。

條件轉(zhuǎn)移語(yǔ)句2:WHILE [條件表達(dá)式] DO m;

…

END m;

當(dāng)條件滿足時(shí),則重復(fù)執(zhí)行DO m到END m之間的程序段。當(dāng)條件不滿足時(shí),則執(zhí)行END m下一條程序段。

3.3 WHILE 和IF控制語(yǔ)句

根據(jù)拋物線宏程序編制流程和條件轉(zhuǎn)移控制語(yǔ)

句,設(shè)計(jì)出WHILE語(yǔ)句和IF語(yǔ)句拋物線曲線宏程序模板,見(jiàn)表2和表3。

表2 IF語(yǔ)句拋物線曲線宏程序模板

表3 WHILE語(yǔ)句拋物線曲線宏程序模板

4 零件工藝分析

加工實(shí)例零件如圖5所示。

▲圖5 加工零件

毛坯為45號(hào)圓鋼,尺寸為φ40 mm×80 mm,無(wú)熱處理與硬度要求,選擇合適的切削用量及刀具可獲得Ra為1.6 μm的表面粗糙度。

因此,為了保證加工實(shí)例達(dá)到尺寸精度和表面質(zhì)量,設(shè)計(jì)出零件數(shù)控加工工藝,見(jiàn)表4。

表4 零件數(shù)控加工工藝

5 編制加工程序

實(shí)例零件采用手工編程方法,應(yīng)用車削復(fù)合循環(huán)指令和宏程序完成零件的數(shù)控加工程序編制,具體程序如下:

O0002 //程序號(hào)

T0101; //換1號(hào)刀并進(jìn)行刀具補(bǔ)償

M03 S1000; //主軸正轉(zhuǎn),1 000 r/min

G00 X44 Z100; //快速進(jìn)入到換刀點(diǎn)(44,200)

G00 X44 Z2 M08; //快速進(jìn)入到G73循環(huán)起點(diǎn)(44,2),并打開(kāi)冷卻液

G73 U20 W0 R18; //設(shè)置G73加工余量20 mm,循環(huán)次數(shù)18次

G73 P10 Q20 U0.5 W0F0.1 ; //設(shè)置粗車循環(huán),精加工余量X向雙邊0.5,Z向0,粗加工轉(zhuǎn)速為1 000/min,進(jìn)給量為0.1 mm/r

N10

G00 G42 X0; //快速移動(dòng)到點(diǎn)(0,2)

G01 X0 Z0 F0.09 S1200; //直線切削到點(diǎn)(0,0),精加工,主軸轉(zhuǎn)速1 200/min,進(jìn)給量為0.09 mm/r

#1=0;

#2=0;

#3=8;

#4=38;

#5=0.2;

WHILE [#1 LT #4/2] DO 1;

#2=[#1*#1]/[#3];

G01X2*#1 Z-#2F0.09;

#1=#1+#5;

END1;

G01Z-75F0.1; //刀具直線切削到點(diǎn)(38,-75)

N20

G01X45F0.1; //刀具直線切削到點(diǎn)(45,-75)

N30

G70P10Q20; //精車輪廓

G00G40X50; //取消刀補(bǔ)并快速退刀到點(diǎn)(50,-40)

Z100; //退到換刀點(diǎn)(50,100)

T0202; //換3mm厚切槽刀

G00Z-73; //刀具快速進(jìn)到點(diǎn)(50,-73)

G01X0F0.05; //工件切斷

G00X50; //刀具快速退至點(diǎn)(50,-73)

G00Z100; //刀具快速退至點(diǎn)(50,100)

M05M09; //主軸停止,關(guān)閉冷卻液

M30; //程序結(jié)束,光標(biāo)返回程序開(kāi)頭

加工拋物線宏程序特別注意:步長(zhǎng)必須不小于刀尖圓弧半徑的一半,否則機(jī)床將報(bào)警刀尖過(guò)切,本刀尖半徑為0.4 mm,步長(zhǎng)為0.2。

6 實(shí)例零件加工

將編制好的程序調(diào)入宇龍數(shù)控仿真軟件,通過(guò)軌跡仿真驗(yàn)證正確性,完成零件仿真加工,如圖6所示。再用閃存卡把正確的程序復(fù)制到車床數(shù)控系統(tǒng)中,加工出實(shí)例零件,如圖7所示。

▲圖6 實(shí)例零件仿真加工

▲圖7 實(shí)例零件加工

7 結(jié)束語(yǔ)

筆者通過(guò)創(chuàng)建拋物線數(shù)學(xué)模型,研究宏程序編制流程,設(shè)計(jì)出編制拋物線回轉(zhuǎn)體曲面宏程序的通用模板,降低了編程難度,提高了編程效率,使技術(shù)人員快速掌握數(shù)控車削拋物線宏程序的編程方法與技巧。再以典型的拋物線回轉(zhuǎn)體零件為例,應(yīng)用車削復(fù)合循環(huán)指令和宏程序強(qiáng)大的參數(shù)化編程功能,完成零件的數(shù)控加工程序編制。最后利用宇龍數(shù)控仿真軟件對(duì)編制的程序進(jìn)行仿真加工,驗(yàn)證程序的正確性,高效地完成了拋物線回轉(zhuǎn)體曲面零件粗精加工,提高了零件的加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)其它雙曲線、橢圓等非圓曲線回轉(zhuǎn)體零件編程及加工也有一定的指導(dǎo)作用,可供同行參考與借鑒。