李 紅 劉明璽

（西安鐵路職業技術學院，西安 710014）

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西門子系統數控車床橢圓曲線回轉曲面加工參數化編程探索

李 紅 劉明璽

（西安鐵路職業技術學院，西安 710014）

摘 要：文章結合本人在教學過程中遇到的曲線回轉表面加工問題，提出利用參數化編程方法解決任意形狀橢圓曲線回轉曲面零件粗精加工的通用解決方案。實踐表明，這對于提高此類零件加工編程效率，指導編程人員完成不同形狀橢圓加工編程，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 橢圓曲線回轉 表面加工

引言

數控車床在加工非線性曲線回轉曲面時，由于機床系統沒有適用的代碼指令，通常在加工時需要通過算法研究，利用機床系統運算功能，結合零件加工精度要求，設置參數，實現零件表面的粗精加工。該過程編程方便，機床內存占用小，并可作為系統二次開發的形式固化存儲于系統中隨時調用，是編程人員解決此類問題的重要參考資料。

1 參數編程的特點

參數編程適用于不能用直線插補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的零件加工。由于曲線形狀的改變，曲線回轉表面的表面特征也在發生變化。因此，尋找一種通用的解決任意形狀橢圓曲線回轉表面編程的方法，對于解決橢圓曲線回轉表面加工具有重要的借鑒意義。

2 橢圓曲線通用參數化方程及其加工編程走刀路線規劃

2.1 橢圓曲線通用參數化方程

如圖1所示，在回轉軸線與橢圓a軸平行情況下，設（A，B）為橢圓圓心坐標，a為橢圓長軸，b為橢圓短軸，β為橢圓起始位置與終止位置對應圓心角，t為編程時的參數變量。當a、b、A、B、β的數值確定后，橢圓上某個對應于角度參數t的坐標就可以通過參數化方程確定。坐標點的數學表達式為：X（t）=A+bsin（t），Z（t）=B+acos（t）。

2.2 橢圓回轉曲線加工編程走刀路線規劃

為了保證曲面加工精度以及提高加工效率，防止加工過程刀具與工件已加工表面發生碰撞干涉情況出現，曲面在加工時選擇的走刀路線為等距方式。每一刀均按照橢圓輪廓走刀，背吃刀量要根據毛坯大小確定，以防止切削力對加工精度的影響。精加工加工精度的確定要通過數學運算的方法，確定參數t的最小變化量。精度要求越高，參數t設置時變化量越小；相反，則越大。

圖1 橢圓曲線通用參數化模型

3 橢圓參數化編程過程

3.1 橢圓加工子程序

ZTY.SPF %橢圓加工子程序程序名

R8=R6 %R8參數賦初值，橢圓起點對應的圓心角

AB1∶R20=2*［R3+R2*SIN（R8）］ %定義R20

R22=R4+R1*COS（R8） %定義R22

R21=R20+R19 %定義R21，X向坐標包括加工余量

G01X=R21 Z=R22 %刀具按直線插補走到R8對應的點

IF R7＜90 GOTOF AB2 %如果橢圓圓心角小于90度，跳轉至AB2

R17=2［R3+R2*SIN（R5）］+R19 %定義R17，橢圓弧終點X坐標

IF R17＜R18 GOTOF AB2 %如果R17小于毛坯尺寸，跳轉至AB2

AB2∶IF R21＞R18 GOTOF AB3 %如果X坐標大于毛坯，跳轉至AB3

R8=R8+R13 %角度變量加粗加工角度增量后賦值給R8

IF R8＜=R7 GOTOB AB1 %如果角度變量小于等于橢圓終點對應的圓心角，跳轉至AB1

AB3∶G91G01X10 %向X正向退刀10mm

G90G01Z=R1+R4 %Z向退刀至毛坯端面

M17 %子程序結束

3.2 橢圓加工主程序

TTY.MPF %橢圓加工主程序程序名

G90G54M03S1200F=R15 %R15為粗加工進給量

M6T1 %確認1號刀位刀具

R7=R5+R8 %定義R7，橢圓終點對應的圓心角

R9=2*（R2+R3+10） %定義R9，粗加工起點X坐標

R10=R1+R4+10 %定義R10，粗加工起點Z坐標

R19=R18 %加工開始時，加工余量為毛坯尺寸

G0X=R9 Z=R10 %刀具定位至粗加工起始點

AB4∶ZTY %執行子程序，按照橢圓輪廓進行粗加工

R19=R19-R11 %加工余量減少一次粗加工的背吃刀量

IF R19＞R12 GOTOB AB4 %如果加工余量大于精加工的背吃刀量，跳轉至AB4，繼續執行子程序進行粗加工

G0X=R9 Z=R10 %粗加工結束，刀具定位至粗加工起始點

R13=R14 %將精加工的角度增量值賦值給R13

S1500F=R16 %定義精加工的主軸轉速與進給量

ZTY %執行子程序，按照橢圓輪廓進行精加工

G0X100 %X方向退刀

Z100 %Z方向退刀

M5 %主軸停轉

M30 %程序結束

3.3 不同參數條件下加工刀具路徑、實體仿真后的零件外形圖

橢圓中心與工件坐標系原點重合時，加工刀具路徑、實體仿真后的零件外形圖，如圖2所示。長半軸尺寸為40，短半軸尺寸為20，圓心角120°，毛坯尺寸45mm，粗加工背吃刀量2mm，進給量0.2mm/r，角度增量1°；精加工背吃刀量0.5mm，進給量0.1mm/r，角度增量0.5°；G54中，Z向偏移40。

圖2 橢圓中心與工件坐標系原點重合時加工刀具路徑、實體仿真后的零件外形圖

橢圓中心與工件坐標系原點不重合時，加工刀具路徑、實體仿真后的零件外形圖，如圖3所示。橢圓中心坐標為（10，10），長半軸尺寸為40，短半軸尺寸為20，圓心角120°，毛坯尺寸55mm，粗加工背吃刀量2mm，進給量

0.2mm/r，角度增量1°；精加工背吃刀量0.5mm，進給量0.1mm/r，角度增量0.5°；G54中，Z向偏移40。

圖3 橢圓中心與工件坐標系原點不重合時加工刀具路徑、實體仿真后的零件外形圖

4 總結

R參數編程過程簡單，易于掌握。在編程過程中，它可以將曲線方程、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，這樣使復雜問題簡單化，便于解決工程問題，對生產具有重要的指導意義。

參考文獻

［1］陳宏軍.機械加工工藝施工員手冊［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［2］薛峰.車工工藝與技能訓練［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［3］劉明璽.數控車床編程與操作［M］.重慶：重慶大學出版社，2013.

［4］SIEMENS CHINA.SINUMERIK 802S base line簡明操作與編程［EB/OL］.（2003-08-01）［2016-04-08］.http∶//wenku.baidu. com/link？url=5Oqju9ajfH60KNZReuKXf0UYH7j-q4bB9AFf49Rc ZQvNlCqyrS7DWYDoj3jcM7Fkp7c2TUKPx1S9dUvy0IWWe7lmVDqwp UMrEMqHTLXCSy3.

The Exploration of Parametric Programming for The Machining of the Ellipse Curve of the SIEMENS System

LI Hong，LIU Mingxi
（Xi'an Institute of Railway Technology， Xi'an 710014）

Abstract:Combining curved surface of revolution processing problems I encountered in the teaching process， and propose solutions to the use of parametric programming of any shape elliptic curve convoluted part of the problem through rough finishing solutions for improving the efficiency of such parts machining programming guide programmers complete different oval shape machining program， has some practical value.

Key words:NC Machining，CNC P rogramming，R Parameter Programming， Nonlinear Curve Rotary， Surface Processing