橢圓編程技巧

摘 要：隨著工業(yè)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，橢圓、拋物線、雙曲線和漸開線等零件的作用就日益重要，其加工質(zhì)量往往成為生產(chǎn)制造的關(guān)鍵。數(shù)控車床編程軌跡指令一般只具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能，但當(dāng)零件圖中有曲線時(shí)，我們通常解決方式是要借助計(jì)算機(jī)輔助CAD、CAXA、CAM等軟件來完成，產(chǎn)生程序很長(zhǎng)且繁瑣。如果能掌握宏程序，實(shí)現(xiàn)直線逼近，很快就可以編寫出簡(jiǎn)短易懂程序，充分發(fā)揮宏程序的作用。

關(guān)鍵詞：宏程序 編程技巧 數(shù)控車加工

引言

利用宏程序加工橢圓工件，可以簡(jiǎn)化編程。目前用的較多的宏程序是B類宏程序，而在一些老系統(tǒng)中無法采用B類宏進(jìn)行編程，只能采用A類宏進(jìn)行編程。本文通過一個(gè)橢圓工件的編程實(shí)例，來介紹如何使用宏程序進(jìn)行橢圓工件的編程。

一、宏程序

（1）選定自變量。橢圓中的X和Z坐標(biāo)均可以被定義成為自變量，一般情況下會(huì)選擇變化范圍大的一個(gè)作為自變量，并且要考慮函數(shù)表達(dá)式在宏程序中書寫的簡(jiǎn)便，為方便起見，我們事先把與Z坐標(biāo)相關(guān)的變量設(shè)為#100、#101，將X坐標(biāo)相關(guān)的變量設(shè)為#200、#201等。

（2）確定自變量起止點(diǎn)的坐標(biāo)值。必須要明確該坐標(biāo)值的坐標(biāo)系是相對(duì)于橢圓曲線自身的坐標(biāo)系，其起點(diǎn)坐標(biāo)為自變量的初始值，終點(diǎn)坐標(biāo)為自變量的終止值。

（3）進(jìn)行函數(shù)變換，確定因變量相對(duì)于自變量的宏表達(dá)式。

（4）確定公式曲線自身坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對(duì)于工件原點(diǎn)的代數(shù)偏移量（△X和△Z）。

（5）計(jì)算工件坐標(biāo)系下的橢圓曲線上各點(diǎn)的X坐標(biāo)值（#201）時(shí)，判別宏變量#200的正負(fù)號(hào)。以編程輪廓中的公式曲線自身坐標(biāo)原點(diǎn)為原點(diǎn)，繪制對(duì)應(yīng)的曲線坐標(biāo)系的X′和Z′坐標(biāo)軸，以其Z′坐標(biāo)為分界 線，將輪廓分為正負(fù)兩種輪廓，編程輪廓在X′正方向稱為正輪廓，編程輪廓在X′負(fù)方向?yàn)樨?fù)輪廓。

如果編程中使用的公式曲線是正輪廓，則在計(jì)算工件坐標(biāo)系下的X坐標(biāo)值（#201）時(shí)，宏變量#200的前面應(yīng)冠以正號(hào)；如公式曲線是負(fù)輪廓，則宏變量#200的前面應(yīng)冠以負(fù)號(hào)，即#201=±#200+△X。

（6）設(shè)定橢圓曲線宏程序編程模板。設(shè)Z坐標(biāo)為自變量#100，X坐標(biāo)為因變量#200，自變量步長(zhǎng)為△w，△X為曲線本身坐標(biāo)系原點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下X方向偏移量，△Z為曲線本身坐標(biāo)系原點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下Z方向偏移量，則公式曲線段的加工程序宏指令編程模板如下。

#100=Z1 （定義自變量的起點(diǎn)Z坐標(biāo)）

WHILE [#100 GE Z2]DO 1 （加工控制）

#200=f（#100） （建立自變量與因變量函數(shù)關(guān)系式）

#201=±#200+△X （計(jì)算曲線上點(diǎn)在加工坐標(biāo)系的X坐標(biāo)）

#101=#100+△Z（計(jì)算曲線上點(diǎn)在加工坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)）

G01X[2*#201]Z[#101]F（曲線加工）

#100=#100-△w（自變量減小一個(gè)步距）

END1（加工結(jié)束）

二、橢圓曲線編程技巧

運(yùn)用以上橢圓曲線宏程序模板，就可以快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)零件公式曲線輪廓的編程和加工。下面介紹一個(gè)具體應(yīng)用示例。加工圖1所示橢圓輪廓，棒料Φ45號(hào)鋼材，編程零點(diǎn)放在工件右端面。

如圖1（1）分析零件尺寸，確定正負(fù)輪廓及代數(shù)偏移量（△X和△Z）。

由圖1可知，該圖中的橢圓曲線為凸?fàn)睿幊梯喞赬′軸正方向?yàn)檎喞谟?jì)算工件坐標(biāo)系下的X坐標(biāo)值（#3、#201）時(shí)，宏變量#200的前面應(yīng)冠以正號(hào)，公式曲線自身坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對(duì)于工件原點(diǎn)的偏移量為（X0，Z-60）。

（2）零件的外輪廓粗精加工參考程序如下（粗加工用直角方程，精加工用極坐標(biāo)方程）。

O9999；

N10 G99 S800 M03；（啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)）

N20 T0101；（選用1號(hào)刀具）

N30 G0 X41 Z2；（靠近工件定位）

N40 G1 Z-65 F0.15；（粗加工開始）

N50 G0 X42 Z2；

#1=20*20*4；（4a2） 橢圓直徑

#2=60；（b）橢圓長(zhǎng)度

#3=35；（X初值（直徑值））

WHILE[ #3 GE 0]DO1；（粗加工控制）

#100= #2*SQRT[1-#3*#3/#1]；（Z）

#101= #100-60+0.2

G0 X[#3+1]；（進(jìn)刀）

G1 Z[#101] F0.15；（切削）

N60G0 U1；（退刀）

N70Z2；（返回）

#3= #3-4；（下一刀切削直徑）

END1；

#10=0.8；（X向精加工余量）

#11=0.1；（Z向精加工余量）

WHILE[#10 GE 0] DO1；（半精、精加工控制）

M03S1200；（進(jìn)刀，準(zhǔn)備精加工）

G0 X0Z0；

#20=0；（角度初值）

WHILE [#20 LE 90] DO2；（曲線加工范圍）

#200=2*20*SIN[#20]；（X）

#201= #200+#10

#100=60*COS[#20]；（Z）

#101= #100+#11-60

G1X[#201]Z[#101] F0.1；（曲線精加工）

#20= #20+1；

END2；

G1 Z-65；

G0 X45Z2；

#10= #10-0.8；

#11= #11-0.1；

END1；

G0 X100Z200；

M30；

三、數(shù)控加工

在一般的數(shù)控加工中，我們加工橢圓曲線時(shí)，有一些明顯的刀痕，達(dá)不到零件所要求的表面質(zhì)量。在實(shí)際加工中仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，由于刀具的選擇、切削用量的確定會(huì)影響曲線的表面加工質(zhì)量。

（1）刀具選擇。安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀對(duì)刀具幾何形狀的反映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀刃圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。

（2）切削深度ap。數(shù)控車床粗加工時(shí)，在機(jī)床能力范內(nèi)主要考慮工效；為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留較小的余量進(jìn)行精加工。

（3）切削速度v。提高v也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施，但v與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。切削速度與加工材料也有很大關(guān)系，不同材料選用不同的切削速度。粗加工時(shí)慢速大切削量，精加工時(shí)高速小切削量。

（4）主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v來選定。計(jì)算公式為：v=∏nd/1000。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。

（5）進(jìn)給速度vF。vF應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件外徑和材料來選擇。當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選小些。實(shí)際加工（如圖2）所示零件表明，合理選擇刀具、切削用量和使用宏程序編輯，可減輕加工刀痕，達(dá)到表面質(zhì)量要求。而且從上面的程序可以看出，該程序很短，編程工作量很小。另外若改變變量的最初定義值，就可以改變曲線的循環(huán)次數(shù)，非常方便。這種方法在周期性循環(huán)曲線的數(shù)控加工中，是一種比較完美的編程方法。

（6）運(yùn)用數(shù)控車加工，可得到圖（如圖2）所示零件。

如圖2

四、結(jié)束語

本文主要是為了闡述橢圓曲線宏程序功能在實(shí)際應(yīng)用時(shí)所需遵循的編程原則與思路。在編制宏程序時(shí)，要牢記變量的種類及特性，不可亂用。因?yàn)榫植孔兞俊⑾到y(tǒng)變量、公共變量的用途和性質(zhì)各不相同，另外對(duì)程序的分析還不難發(fā)現(xiàn)：若零件中橢圓長(zhǎng)半軸半徑與短半軸半徑改變，則只需將程序中參數(shù)變量#100、#101與#200、#201改變即可，而不需再對(duì)程序作其它任何改動(dòng)，這一點(diǎn)相對(duì)于一些自動(dòng)編程軟件（如CAXA、PRE、MasterCAM、UG等）則要靈活得多；充分體現(xiàn)用戶宏功能是用戶提高數(shù)控機(jī)床性能的一種特珠功能。

參考文獻(xiàn)：

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