指數(shù)曲線零件的數(shù)控車削加工

■河南航天液壓氣動(dòng)技術(shù)有限公司 （鄭州 451191） 李永健■北京航天新風(fēng)機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司 （100854） 冀曉淵

指數(shù)曲線零件的數(shù)控車削加工

■河南航天液壓氣動(dòng)技術(shù)有限公司 （鄭州 451191） 李永健
■北京航天新風(fēng)機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司 （100854） 冀曉淵

摘要：隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的日益普及, CAM軟件應(yīng)用逐漸替代了手工編程，但在一些特殊曲線零件的加工中，宏程序依然具有一定優(yōu)勢(shì)。文中講述了特殊指數(shù)曲面的數(shù)控車削加工，在西門子802Dsl系統(tǒng)中，利用宏程序編程完成了該曲面的數(shù)控加工。

在對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工前，首先要進(jìn)行數(shù)控加工程序的編程。宏程序的使用對(duì)提高數(shù)控編程的效率相當(dāng)重要。宏程序?qū)儆谑止ぞ幊痰姆懂牐峁└鼮楦呒?jí)的編程方式。宏程序不僅可以實(shí)現(xiàn)像子程序那樣，對(duì)編制相同加工路徑的程序非常有用，還可以完成子程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊功能，例如，型腔加工宏程序、固定加工循環(huán)宏程序、球面加工宏程序和公式曲線加工宏程序等。雖然目前CAD/CAM編程系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，但由于宏程序具有靈活、高效及快捷等的特點(diǎn)，因此，對(duì)特定類型零件的程序編制而言，宏程序使用仍然很重要。

1. 指數(shù)曲線零件編程準(zhǔn)備

（1）零件外形如圖1所示。

曲線A方程

曲線B方程

（2）程序編制分析。①指數(shù)函數(shù)的一般形式為y=a^x（a>0且a≠1) (x∈R)，它是初等函數(shù)中的一種。圖1中的曲線由A與B段曲線組合而成，兩段曲線底數(shù)為變量，冪為小數(shù)。②宏程序函數(shù)運(yùn)算。③在一般編制宏程序的過程中碰到平方運(yùn)算時(shí)可以直接寫成a×a的形式，開方可用SQRT。像這種指數(shù)冪運(yùn)算沒有直接的機(jī)床運(yùn)算符。通過函數(shù)運(yùn)算符和算術(shù)運(yùn)算符可以把數(shù)學(xué)函數(shù)轉(zhuǎn)化成宏程序。在a>0且a≠1，N>0的情況下，a^（logaN）=N，由此得到

圖1　指數(shù)曲線零件外形輪廓圖

表1　宏程序函數(shù)運(yùn)算符號(hào)

由等式alogaN=N得a0.7=e0.7lna，故由此可知a0.7就可以用宏程序EXP (0.7×lna)來(lái)代替，宏程序的函數(shù)運(yùn)算符號(hào)如表1所示。

④指數(shù)曲線函數(shù)模型。曲線A的加工函數(shù)模型

B的加工函數(shù)模型為

通過控制X的最小分值，將其曲線分為若干直線段，由宏程序自動(dòng)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，采用直線逼近的辦法完成曲線的加工。

2. 指數(shù)曲線加工程序編制

（1）宏程序的編制。通過指數(shù)曲線函數(shù)模型，編制宏程序內(nèi)容如下：

%_N_ZHISHUO_MPF

M03 S600

T1D1

G00 X70 Z5

G1 G42 ZO F0.2

R11=0；（起始值為0起刀點(diǎn)與工件零點(diǎn)重合）

GG:R12=-R11-10.74 ；（函數(shù)表達(dá)式）

R13=R12*R12（函數(shù)運(yùn)算）

R14=10.74*10.74（函數(shù)運(yùn)算）

R15=R14-R13（函數(shù)運(yùn)算）

R16=2*SQRT(R15)（機(jī)床函數(shù)表達(dá)式）

G1 X=R16 Z=R11；（直線插補(bǔ)）

R11=R11-0.4；(直線逼近步距)

IF R11>=-6.5 GOTOB GG（條件轉(zhuǎn)移）

R1=-6.5

QQ:R3=-R1+10

R4=EXP(0.5*(LN(R3)))

R6=2*2.426

G1 X=R6 Z=R1

R1=R1-2.5

IF R1>=-84 GOTOB QQ

G0 X70G40

Z200

M5

M30

（2）CAM編制指數(shù)曲線加工程序。在上述的曲線中，使用CAD/CAM軟件生成的程序通常都比較大,非常容易突破機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間的限制；同時(shí)，使用CAD/CAM軟件來(lái)生成刀具軌跡及加工程序,無(wú)論構(gòu)造規(guī)則或不規(guī)則的曲面,都有一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程,也必然存在著計(jì)算的誤差。

現(xiàn)采用CAM軟件編制的程序如下：

%_N_ZHISHUO2_MPF

( Z H I S H U O 2 . M P F，06/27/11,13:28:59)

N10 G50 S10000

N12 G00 G97 S600 T0101

N14 M03

N16 M08

N18 G00 X79.184 Z2.198

N20 G00 X83.212 Z0.917

N22 G00 X71.540

…

N1146 G03 X59.617 Z-70.899 R1067.747

N1148 G03 X63.045 Z-77.691 R1201.973

N1150 G03 X65.914 Z-83.500 R1341.648

N1152 G01 X70.799

N1154 G01 X69.385 Z-82.793 F20.000

N1156 G01 X80.799

N1158 G00 X83.417

N1160 G00 Z3.641

N1162 M05

N1164 M30

%

其程序有582行，而且自動(dòng)編程所生成的程序幾乎是G01、G02及G03等簡(jiǎn)單的指令組成，但是后面的數(shù)字全部是小數(shù)，采用的直線逼近圓或直線逼近曲線組成的，修改特別麻煩。而編制的宏程序只有24行，因此可以看出，宏程序不僅編寫精練而且程序運(yùn)算速度極快；當(dāng)零件形狀相同，而尺寸發(fā)生變化時(shí)，只需改變變量中幾個(gè)與尺寸有關(guān)的值，其他的表達(dá)式無(wú)須改變，便可完成同類零件加工程序的編制；在使用宏程時(shí)，只要將跟刀具有關(guān)的變量改變對(duì)應(yīng)變量，便可較好地控制工件尺寸，運(yùn)算速度極快,從而可極大限度地提高程序編制效率。

3. 檢測(cè)結(jié)果

通過生產(chǎn)驗(yàn)證，保證了該產(chǎn)品外形面的曲線曲率，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)刀具刀尖圓弧半徑值會(huì)影響曲線的精度。因此，易采用較小的刀尖圓弧半徑并設(shè)定較小的逼近線段長(zhǎng)度使指數(shù)曲線曲率更精確。

4. 結(jié)語(yǔ)

利用宏程序功能加工指數(shù)曲線類零件，能充分地表明宏程序?qū)τ诩庸さ湫头匠糖€的輪廓具有較大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也可以依據(jù)上述案例，推導(dǎo)出同類指數(shù)曲線零件的程序編制。對(duì)于數(shù)控編程人員來(lái)說(shuō)，在學(xué)習(xí)CAM軟件的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)宏程序的學(xué)習(xí)與靈活應(yīng)用，如在橢圓、拋物線、雙曲線等零件輪廓的編程中，編制宏程序具用較高的實(shí)用意義，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)功能也會(huì)掌握得更深入，也是數(shù)控編程人員必須掌握的知識(shí)。

收稿日期：（20140910）