采用數(shù)控宏程序解決非圓曲線類零件的加工

陽夏冰

YANG Xia-bing

（武漢城市職業(yè)學(xué)院，武漢 430064）

0 引言

在普通加工中，加工非圓曲線類零件通常采用制作樣板或靠模，然后利用仿形機(jī)床加工，但在小批量生產(chǎn)中，制作樣板或靠模效益不高，在加工中受到仿形機(jī)床的仿形精度影響，加工精度也受到影響；在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)只有直線和圓弧插補(bǔ)功能，要對橢圓、雙曲線和拋物線等非圓曲線進(jìn)行加工，數(shù)控系統(tǒng)無法直接實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)，需要通過一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的方法是，用直線段或圓弧段去逼近非圓曲線，逼近線段與被加工曲線的交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，各幾何要素之間的連接點(diǎn)稱為基點(diǎn)。如圖1所示，OE是一段橢圓，在OE之間插入節(jié)點(diǎn)A、B、C、D，相鄰兩點(diǎn)之間在Z方向的距離相等，均為a。節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少或a的大小，決定了橢圓加工的精度和程序的長度。采用直線段OA、AB、BC、CD、DE去逼近橢圓，關(guān)鍵是求出節(jié)點(diǎn)O、A、B、C、D、E的坐標(biāo)。若只采用現(xiàn)有的數(shù)控程序編程加工，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算比較復(fù)雜，且節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，手工計(jì)算無法實(shí)現(xiàn)，因此必須借助宏程序的轉(zhuǎn)移和循環(huán)指令處理。求得各節(jié)點(diǎn)后，就可按相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的直線來編寫加工程序。

1 宏程序

宏程序類似于高級語言的程序，程序員可以使用變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算，此外還可以使用循環(huán)語句、分支語句和子程序調(diào)用語句對刀具路徑進(jìn)行控制，利于編制各種復(fù)雜的零件加工程序減少乃至免除手工編程時(shí)進(jìn)行繁瑣的數(shù)值計(jì)算，以及精簡程序量，使程序應(yīng)用更加靈活、方便。

1.1 變量

普通數(shù)控加工程序直接用數(shù)值指定G代碼和移動距離，使用宏程序時(shí)，數(shù)值可以直接指定或用變量指定。一個(gè)變量由符號“#”和變量號組成，例：#i (i＝1，2，3，…)，如 G01X[#1]Y[#1]F[#3]：當(dāng)#1＝50，#2＝100，#3＝200時(shí)，上面這句程序即表示為G01X50Y100F200。

1.2 控制指令

條件循環(huán)指令為WHILE，功能是條件成立執(zhí)行WHILE與ENDW之間的程序，然后返回到WHILE再次判斷條件，直到條件不成立才跳到ENDW后面，WHILE語句的執(zhí)行流程如圖2所示。

2 具體應(yīng)用

現(xiàn)以加工橢圓手柄為例，如圖3所示，零件數(shù)量為100件，屬于小批量生產(chǎn)。

2.1 擬訂工藝路線

1）確定工件的定位基準(zhǔn)。確定坯料軸線和左端面為定位基準(zhǔn)。

圖2 控制流程圖

圖3 橢圓手柄零件圖

2）選擇加工方法。該零件的加工表面均為回轉(zhuǎn)體，加工表面的最高加工精度等級為IT8，表面粗糙度為1.6。采用加工方法為粗車、半精車和精車。

3）擬訂工藝路線。

（1）按 φ35×130下料。

（2）車削左邊各表面。

（3）車削右邊各表面。

（4）去毛刺。

（5）檢驗(yàn)。

2.2 設(shè)計(jì)數(shù)控車加工工序

1）選擇加工設(shè)備。選用CK6136型數(shù)控車床，系統(tǒng)為HNC-21TD。

2）選擇工藝裝備。

（1）該零件采用三爪自動定心卡盤自定心夾緊。

（2）刀具選擇如下。

外圓機(jī)夾粗車刀T0101：車端面，粗車和半精車圓柱面，倒角。

切槽刀（寬3 mm）T0202：切槽。

螺紋刀T0303：車螺紋。

外圓機(jī)夾車刀T0404（刀片的刀尖角為35°）：車橢圓面。

（3）量具選擇如下。

量程為200mm，分度值為0.02的游標(biāo)卡尺。M20×1.5環(huán)規(guī)。

3）確定工步和走刀路線。

（1）粗精車工件左端的工步為：車端面→粗車螺紋外圓和φ30外圓→精車螺紋外圓和φ40mm外圓→切槽→車螺紋。

（2）粗精車工件右端的工步為：車端面→粗車橢圓→精車橢圓→切槽。

2.3 宏程序編制

1）選定自變量及其起止點(diǎn)坐標(biāo)值

非圓曲線中的X和Z坐標(biāo)任意一個(gè)都可以被定義為自變量，通常選擇變化范圍大的一個(gè)作為自變量（宏程序函數(shù)不好表達(dá)除外），且其起止點(diǎn)坐標(biāo)作為自變量的變化范圍。如圖3所示，X坐標(biāo)變化量從圖中可以看出比Z坐標(biāo)要小得多，所以將Z坐標(biāo)選定為自變量，且Z軸起止點(diǎn)坐標(biāo)分別為35和－28.068。

2）確定因變量的與自變量變化關(guān)系

根據(jù)數(shù)控曲線公式確定因變量的與自變量變化關(guān)系，案例中的非圓曲線表達(dá)式為x2/152＋z2/352＝1，則因變量X＝15/35，即X ＝ 15/35×SQRT [35×35－ Z×Z]。

表1 橢圓曲線的程序

3）確定非圓曲線偏移量

該偏移量是相對于編程原點(diǎn)而言的，是曲線的數(shù)學(xué)原點(diǎn)相對于編程原點(diǎn)的偏移量。案例中橢圓曲線的原點(diǎn)相對于編程原點(diǎn)的X軸和Z軸的偏移量分別為0和-20。

4）橢圓曲線的程序如表1所示。

3 結(jié)束語

采用宏程序加工比傳統(tǒng)的仿形加工加工精度高，也不需要制作樣板，工序簡單，效率高；和采用CAM編程的數(shù)控加工比較，省去了使用復(fù)雜的軟件造型和刀具路徑設(shè)置時(shí)間。實(shí)踐表明，此方法加工非圓曲線類零件，工作量和勞動強(qiáng)度大大降低，且加工精度和效率還得到提高。

[1]陽夏冰. 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)與編程[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2011.

[2]周虹. 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)與程序編制[M].北京: 人民郵電出版社, 2009.