某數控車床公式曲線類零件編制加工程序的設計與實現

趙 鈺

(重慶大學機械工程學院，重慶 400044)

要想加工出公式曲線類零件，比較簡單的方法有兩種:一種方法是利用CAD/CAM軟件輔助編程;另一種方法是手工編制宏程序進行加工。下面以拋物線零件的程序編制步驟對兩種方法分別進行介紹。

1 利用CAD/CAM軟件輔助編程

此種方法是利用軟件強大的功能去計算輪廓節點，以近似的線條去逼近輪廓線條，編程人員只需根據軟件的提示進行相關的設置，即可將加工程序編寫出來。市面上主流的CAD/CAM軟件有UG NX、PRO/ENGINEER、CATIA、MASTERCAM 等，都具有強大的設計制造功能，其中MASTERCAM軟件擁有強大的CAM功能，在國內外企業有眾多的支持者，使用率非常高，下面就以MASTERCAM軟件為例進行介紹。加工的零件和尺寸如圖1所示。

圖1 加工的零件和尺寸

1.1 利用軟件的CAD功能畫出工件輪廓。

進入Master cam軟件的“Lathe”模塊，即車削模塊，然后利用界面左側工具欄的“繪圖”功能繪制要想加工的零件輪廓，如圖2。根據該軟件的特點，所有車削零件只需繪制軸線上半部分的輪廓即可，非常方便，輪廓可以封閉也可以不封閉，如圖3為封閉的輪廓。繪圖的關鍵點是繪制拋物線，畫圖時應找到拋物線的起點，然后再找到拋物線上的3到5個點，最后用繪制曲線的方式繪制出來，這樣做會略有誤差。

圖2 軟件界面

圖3 繪制零件輪廓

1.2 利用軟件的CAM功能輔助編程

1)初始設置，如圖4。依次選擇“T刀具路徑”——“J工作設定”選項，彈出工作設定對話框。工作設定對話框包含兩個選項，如圖5，一個選項是“普通選項”，主要的功能是設置刀具的路徑規則、刀具補償的數據、零件材料、機床參數等，一般情況下以默認的選項進行設置即可。另一個選項是“邊界定義”，主要功能是設置編程時機床的夾頭方向、是否需要頂尖和中心架等輔助工具等，按圖5進行設置即可。

圖4 初始設置按鈕

圖5 初始設置界面

2)選擇加工方式，加工方式為先粗加工后精加工

(1)粗加工。依次選擇“粗加工”——“串連”選項，如圖6所示。然后再按照從右向左的順序(或者加工順序)，選中加工的起始輪廓和最后一段輪廓，軟件即可自動把包含的輪廓串連。如圖7所示藍色部分線條。但要注意到，選擇初始輪廓時的串連方向應與加工方向一致。再點擊圖6的“執行”選項，進入刀具及參數設定的界面。此界面有兩個選項，一個是“刀具參數”選項，另一個是“粗加工參數”選項。先在“刀具參數”選項中，按圖8進行設置，再到“粗加工參數”選項中，按圖9進行設置，設置完后單擊“確定”，出現如圖10刀路軌跡。點擊“操作管理”——“實體驗證”。驗證結果如圖 11、12。

圖6 粗加工

圖7 串連要加工的輪廓

圖8 選擇刀具

圖9 粗加工參數設置

圖10 生成刀路軌跡

圖11 實體驗證

圖12 粗加工驗證結果

(2)精加工。回到“刀具路徑”選項框，依次選擇“精加工”——“串連”，依次串聯粗加工時串聯的輪廓，串連方法與粗加工一致。單擊“執行”，出現刀具和參數設置界面，設置方法如圖14。單擊“確定”，計算出如圖15精加工刀路。單擊“全選”——“實體驗證”，如圖16。

圖13 精加工選擇

圖14 精加工參數設置

圖15 精加工刀路軌跡

圖16 粗、精加工驗證結果

(3)后處理。依次“操作管理”——“全選”——“后處理”，如圖17所示，進行后處理參數設置。單擊“確定”按鈕后，生成加工程序文件，并保存在設置的路徑里。打開此文件，顯示如圖18。將程序的格式改為使用的數控系統的格式后，可將程序存入U盤，把U盤插到機床上可直接讀取程序加工，但為了避免機床中病毒，或者有些機床沒有USB接口，那就最好是抄錄下來，在機床的操作面板上把程序寫進系統，最后運行程序即可完成加工。

圖17 后處理步驟

圖18 生成的加工程序

2 手工編制宏程序

宏就是用公式來加工零件的，比如拋物線、雙曲線等，如果沒有宏的話，要逐點算出曲線上的點，然后慢慢用直線去逼近，如果工件的粗糙度要求很高，需要計算的點就會很多，編程的計算量相當大?？墒菓昧撕旰?，把拋物線或者雙曲線的公式輸入到系統中，然后給出Z坐標或者X坐標，并且設置每次變化的數值，宏就會自動算出X坐標或者Z坐標，并且進行切削，實現人工計算不能達到的加工精度，并且極大的減輕了編程的計算量。本研究中數控車床配備的數控系統主要為華中數控世紀星和廣州數控GSK980TDb兩種系統，均有宏編輯功能，下面介紹宏程序結合復合循環指令 G71、G70進行編程的方法。

2.1 G71、G70 程序格式

G71指令為復合循環加工指令，可以完成零件的粗加工;G70指令為精加工，兩個指令相互結合，共同完成零件的粗精加工。根據圖1的尺寸要求，現將G71和G70格式寫出如下:

2.2 宏程序格式

任意曲線y=f(x)的加工，單調區間x由x1變到x2。

格式一:

#1=x1;初值

N11#2=f(x1)或者寫成#2=f(#1)

G01 G01 X［#1］Z［#2］;以直線方式加工

#1=#1+0.5;或者#1=#1 － 0.5;變化值

其中，Yit是被解釋變量，表示第i個區域t時期的農業綠色發展程度，Xit是外生解釋變量矩陣，μit是隨機擾動項向量，WYit是響應變量的空間自回歸項，ρ為空間自回歸系數，度量相鄰區域農業綠色發展的空間依賴性，其大小反映了相鄰區域農業綠色發展溢出和擴散的平均強度。

IF［#1 LE X2］GOTO11;或者 IF［#1 GE X2］GOTO11;判斷語句，執行從N11段循環到本段

M30(實際應用，用具體表達式代替f(x)即可)

格式二:

#1=;初值

#2=;初值

N11 G01 G01 X［#1］Z［#2］;以直線方式加工

#1=#1+0.5;或者#1=#1 － 0.5;變化值

#2=f(x1)或者寫成#2=f(#1)

IF［#1 LE X2］GOTO11;或者 IF［#1 GE X2］GOTO11;判斷語句，執行從N11段循環到本段

M30(實際應用，用具體表達式代替f(x)即可)

2.3 現編制如圖1公式曲線

該曲線為拋物線，其公式為Z=－X2/10，該公式的宏表示格式為:#1=－#2*#2/10，#2=2*SQRT［－10*#1］。此處為直徑編程，該公式是以半徑形式表示出來的，因此應該把該公式轉換為直徑形式，即#1=－#2*#2/40。

(1)用格式一編程，編好后如下

宏程序的編制靈活性很高，方法也很多，但以上兩種公式比較直觀，最易理解和掌握，特別適合初學者入門學習。通過以上兩種格式，在編程時只需將宏程序的格式裝進G71循環程序中即可加工出想要的輪廓。而在宏程序中，我們則需要將曲線的公式以宏程序的格式寫出來就行。

3 結論

本文介紹了自動編程和手工編程編寫公式曲線的方法，兩種方法各有利弊。自動編程這種方法的好處是不需要進行太多的數學計算，只需利用軟件進行參數設置，然后自動生成加工程序。軟件生成出來的程序段以G01直線插補指令為主，以極小的直線段去逼近拋物線輪廓，所以程序段較多。缺點是編程人員必須要會使用CAD/CAM軟件，首先要用軟件的CAD模塊畫出想要加工的輪廓，再利用軟件的CAM模塊進行編程，如果對軟件不熟悉，則會花費較多時間。如果使用的軟件只具備CAD功能，那便需要導入到CAM軟件中進行編程，主流軟件圖素交換主要以IGES格式為主，比較方便。而手工編寫宏程序指令的相對較難，對數學和計算機技能的要求較高，但也沒想象中復雜，任何事物都有其自身規律，只要掌握其規律，問題就解決了。

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［3］王睿.Mastercam9實用教程［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

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［5］王衛兵.MasterCAM數控編程實用教程［M］.北京:清華大學出版，2005.