西門子系統數車非線性曲線回轉曲面加工參數化編程探索

摘要：文章結合本人在教學過程當中所遇到的相關問題，提出利用非圓曲線參數化編程方法完成復雜曲線回轉表面零件粗精加工的解決方案，對于提高零件加工精度及生產效率，簡化編程程序，節約機床內存，提高設備利用率，具有一定的實用價值。

關鍵詞：數控加工數控編程R參數編程 非線性曲線回轉表面加工

Abstract：This passage puts forward a solution for completing rough and finishing machining of the same type parts with complex curve rotary surface,combining with related problems during combination of working and learning teaching process. It has a certain practical valuefor improving parts machining accuracy and production efficiency, simplify the process of programming, saving machine memory and improve equipment utilization.

Key Words: NC Machining,CNC Programming,R Parameter Programming, Nonlinear CurveRotarySurface Processing

1.引言

數控車床加工非線性曲線回轉曲面編程時，由于沒有專用的G代碼指令，通常加工這些曲面時，需要對方程進行解析，并根據所解點坐標進行編程，這樣求解方程、計算點的坐標過程復雜，數據運算量大，而且輸寫程序數據數量巨大，加之取點過少，很難控制零件的加工精度。利用R參數編程，則不必求解方程和計算點的坐標，只需要根據零件加工精度要求簡單改變加工參數即可實現零件表面的粗精加工，編程方便，零件加工精度可控，加工效率提高，簡化結構程序。

2.參數編程的特點

參數編程適合于那些不能用直線插補G01、圓弧插補G02（G03）加工的能夠用數學公式描述的各種類型的非線性回轉曲面加工。參數化編程可以滿足不同精度要求零件加工，而且省時。程序段內容很少。能夠根據型面精度要求高低，設置參數設置數據，程序段字節數量不變。參數化編程邏輯性強。編程時，只要知道型面的數學方程、定義域或值域。把方程的坐標關系和零件的坐標關系換算清楚，利用數學運算、邏輯判斷、條件轉移等方法，就能編寫程序。調試好程序，就能解決一類曲面的加工。

3.部分典型曲線參數化方程

3.1橢圓的參數化方程：X(t)=A+acos(t)；Y(t)=B+bsin(t)。t為編程時的參數變量，通過t的變化,可以定義圓的圓周上的各個點坐標（A，B）為橢圓圓心坐標。a為橢圓長軸，b為橢圓短軸。

3.2拋物線的參數方程：X(t)=t；Y(t)=at2+b。t為編程時的參數變量

3.3雙曲線的參數方程： X(t)=a sec(t)Y(t)=b tan(t) ,a為實半軸長， b為虛半軸長，t為編程時的參數變量。比照以上情況，我們就可以對各種數學曲線進行參數化處理并得到其參數化方程。

圖1

4.圖1零件拋物線曲線部分回轉表面參數化編程過程

如圖1所示，零件頭部的拋物線方程為Z(t)=t；X(t)= 0.03t*t。t為編程時的參數變量，該零件在加工時首先需要對拋物線部分的外形進行粗加工，然后再精加工。粗加工時刀具需要分層對多余的材料進行切削；精加工時刀具要沿著零件理論輪廓走刀，走刀步距要根據零件加工精度確定，精度要求越高，參數設置時變化量越小，相反則越大。4.1、4.2所示程序為粗、精加工參數化編程程序，圖2為仿真加工模擬結果。

4.1粗精加工部分程序

PWXJG .MPF 程序名

粗加工程序

N005 G90G54M3S1200;

N010 M6T1D1;選擇一號刀，使用一號刀沿

N015 G0X45Z5; 粗加工起始點

N020 R1=24;參數R1：拋物線加工X向終止坐標

N025 MA1:R2=-0.03*R1*R1;參數R2：拋物線加工Z向終止坐標

N035 G0X=R1;開始加工時X向刀具定刀位點

N040 G1Z=R2F0.1;結束加工時Z向刀具停止刀位點

N045 G0X45; X向刀具快速退刀刀位點

N050 G0Z5;Z向刀具快速退刀刀位點

N055 R1=R1-2; 粗加工參數變化值

N060 IFR1>0GOTOBMA1; 條件跳轉語句

N065 G0X0Z5精加工起始點

4.2精加工部分程序

N070 R1=0;

N075 MA2:R2=R1;

N080 R3=-0.03*R2*R2;

N085 G1X=R2Z=R3F0.05;

N090 R1=R1+0.01;

N095 IFR1<24GOTOBMA2;

N0100 G0X45Z-15

程序尾部份省略

4.3粗精加工刀具路徑、實體仿真及程序

圖2粗精加工刀具路徑、實體仿真及加工程序

5.橢圓曲線部分回轉表面參數化編程過程

圖1所示零件回轉橢圓曲線方程為Z(t)=27+2*sin(t)；X(t)= -37.7+20*cos（t）。t為編程時的參數變量，此部分粗精加工的走刀路線、加工方法以及編程思路與拋物線曲線部分相同。5.1、5.2所給程序為粗、精加工參數化編程程序，圖3為仿真模擬結果。

5.1粗加工部分程序

N0115 G0X45Z-15;粗加工起始點

N0120 R1=90;參數R1：橢圓粗加工X向終止坐標

N0125 MA1:R2=-37.7+20*cosR1;橢圓粗加工X向終止坐標

N0130 R3=27+2*3.5*sinR1;橢圓粗加工Z向終止坐標

N0135 G0X=R3;橢圓粗加工X向起始坐標

N0140 G1Z=R2F0.1;橢圓粗加工Z向終止坐標

N0145 G0X45; X向刀具快速退刀刀位點

N0150 G0Z-15; Z向刀具快速退刀刀位點

N0155 R1=R1-2;粗加工參數變化值

N0160 IFR1>0GOTOBMA1;條件跳轉語句

N 0165 G0X45Z-15 粗加工結束退刀點

5.2精加工部分程序

N0170 R1=0; 精加工參數設置

N0175 MA2:R2=-37.7+20*cosR1;精加工X坐標

N0180 R3=27+2*3.5*sinR1;精加工Z坐標

N0185 G1X=R3Z=R2F0.05;

N0190 R1=R1+0.05; 精加工參數變化值

N0195 IFR1<90GOTOBMA2; 條件跳轉語句

N0200 G0X45精加工結束X向退刀坐標

N0205Z100精加工結束Z向退刀坐標

N0210M30程序結束語句

5.3粗精加工刀具路徑、實體仿真及程序

圖3粗精加工刀具路徑、實體仿真及加工程序

6.橢圓、拋物線部分全部加工完成后的零件外形圖

圖4橢圓、拋物線部分全部加工完成后的零件外形圖

通過上述程序的試運行，就可以看出，完成非圓曲線輪廓回轉表面的粗精車加工程序比較簡單，另外如果加工完成的零件精度不能滿足工程要求，只要把編好的程序當中的R參數變換增量進行適當調整，就能滿足工程要求。

7.總結

R參數編程過程簡單，易于掌握，在編程過程中，可以將曲線方程、數學公式等運用到程序中，利用邏輯運算、條件語句將復雜的運算過程轉移給操作系統，這樣，使好多復雜問題簡單化，便于解決工程問題，對生產有指導意義。

8.參考文獻

[1] 陳宏軍、機械加工工藝施工員手冊.北京:機械工業出版社，2008

[2] 薛峰、車工工藝與技能訓練.北京:機械工業出版社，2008

[3] 劉明璽、數控車床編程與操作.重慶:重慶大學出版社，2013

[4] SINUMERIK 802S base line 簡明操作與編程，2003

作者簡介

劉明璽（1964－），高級工程師，男，西安鐵路職業技術學院高級工程師。