指數曲線零件的數控車削加工

■河南航天液壓氣動技術有限公司 （鄭州 451191） 李永健■北京航天新風機械設備有限責任公司 （100854） 冀曉淵

指數曲線零件的數控車削加工

■河南航天液壓氣動技術有限公司 （鄭州 451191） 李永健
■北京航天新風機械設備有限責任公司 （100854） 冀曉淵

摘要：隨著現代制造技術的發展和數控機床的日益普及, CAM軟件應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勢。文中講述了特殊指數曲面的數控車削加工，在西門子802Dsl系統中，利用宏程序編程完成了該曲面的數控加工。

在對零件進行數控加工前，首先要進行數控加工程序的編程。宏程序的使用對提高數控編程的效率相當重要。宏程序屬于手工編程的范疇，提供更為高級的編程方式。宏程序不僅可以實現像子程序那樣，對編制相同加工路徑的程序非常有用，還可以完成子程序無法實現的特殊功能，例如，型腔加工宏程序、固定加工循環宏程序、球面加工宏程序和公式曲線加工宏程序等。雖然目前CAD/CAM編程系統的應用已經很普遍，但由于宏程序具有靈活、高效及快捷等的特點，因此，對特定類型零件的程序編制而言，宏程序使用仍然很重要。

1. 指數曲線零件編程準備

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

圖1　指數曲線零件外形輪廓圖

表1　宏程序函數運算符號

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)來代替，宏程序的函數運算符號如表1所示。

④指數曲線函數模型。曲線A的加工函數模型

B的加工函數模型為

通過控制X的最小分值，將其曲線分為若干直線段，由宏程序自動計算出節點坐標，采用直線逼近的辦法完成曲線的加工。

2. 指數曲線加工程序編制

（1）宏程序的編制。通過指數曲線函數模型，編制宏程序內容如下：

%_N_ZHISHUO_MPF

M03 S600

T1D1

G00 X70 Z5

G1 G42 ZO F0.2

R11=0；（起始值為0起刀點與工件零點重合）

GG:R12=-R11-10.74 ；（函數表達式）

R13=R12*R12（函數運算）

R14=10.74*10.74（函數運算）

R15=R14-R13（函數運算）

R16=2*SQRT(R15)（機床函數表達式）

G1 X=R16 Z=R11；（直線插補）

R11=R11-0.4；(直線逼近步距)

IF R11>=-6.5 GOTOB GG（條件轉移）

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,非常容易突破機床數控系統內部程序存儲空間的限制；同時，使用CAD/CAM軟件來生成刀具軌跡及加工程序,無論構造規則或不規則的曲面,都有一個數學運算的過程,也必然存在著計算的誤差。

現采用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，而且自動編程所生成的程序幾乎是G01、G02及G03等簡單的指令組成，但是后面的數字全部是小數，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算速度極快；當零件形狀相同，而尺寸發生變化時，只需改變變量中幾個與尺寸有關的值，其他的表達式無須改變，便可完成同類零件加工程序的編制；在使用宏程時，只要將跟刀具有關的變量改變對應變量，便可較好地控制工件尺寸，運算速度極快,從而可極大限度地提高程序編制效率。

3. 檢測結果

通過生產驗證，保證了該產品外形面的曲線曲率，同時也發現刀具刀尖圓弧半徑值會影響曲線的精度。因此，易采用較小的刀尖圓弧半徑并設定較小的逼近線段長度使指數曲線曲率更精確。

4. 結語

利用宏程序功能加工指數曲線類零件，能充分地表明宏程序對于加工典型方程曲線的輪廓具有較大的優勢。同時也可以依據上述案例，推導出同類指數曲線零件的程序編制。對于數控編程人員來說，在學習CAM軟件的同時，還應加強宏程序的學習與靈活應用，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用意義，對于數控系統功能也會掌握得更深入，也是數控編程人員必須掌握的知識。

收稿日期：（20140910）