利用宏程序加工非圆曲线

摘 要:在现今的数控系统中,常见的是直线插补和圆弧插补,由于目前大多数数控机床不具备加工椭圆的直接编程代码,没有椭圆、双曲线、抛物线等插补。椭圆的加工,往往需要用参数方程或椭圆解析式作为数学模型,运用宏程序来解决就非常简单了。

关键字:宏程序; 非圆曲线加工; 椭圆加工实例

中图分类号:TG57 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)7-104-001

一、非圆曲线加工遇到的瓶颈

在实际生产和各种数控大赛中,我们会遇到各种各样由复杂曲线所构成的非圆曲线(如椭圆曲线、抛物线、双曲线和渐开线等)零件,随着工业产品性能要求的不断提高,非圆曲线零件的作用就日益重要。数控机床的数控系统一般只具有直线插补和圆弧插补功能,非圆曲线形状的工件在数控车削中属于较复杂的零件类别,一般运用拟合法来进行加工。而此类方法的特点是根据零件图纸的形状误差要求,把曲线用许多小段的直线来代替,根据零件图纸的形状误差,如果要求高,直线的段数就多,虽然可以凭借CAD软件来计算节点的坐标,但是节点太多也导致了加工中的不方便,如果能灵活运用宏程序,则可以方便简捷地进行编程,从而提高加工效率。

二、宏程序的简介

数控编程是数控加工准备阶段的主要内容,通常包括分析零件图样,确定加工工艺过程;计算走刀轨迹,填写加工工艺卡片;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序,经过处理后生成加工程序,称为自动编程。

各类数控系统的参数编程,应用灵活,形式自由,具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程,使加工程序简练易懂,实现普通编程难以实现的功能。

在编程工作中,我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存人存储器,用一个总指令来代表它们,使用时只需给出这个总指令就能执行其功能所存入的这一系列指令称作用户宏程序本体,简称宏程序。这个总指令称作用户宏程序调用指令。在编程时,编程员只要记住宏指令而不必记住宏程序。

宏程序是加工编程的重要补充。FANUC6M数控系统变量表示形式为#后跟1～4位数字,变量种类有三种:

(1)局部变量:#1～#33是在宏程序中局部使用的变量,它用于自变量转移。

(2)公用变量:用户可以自由使用,它对于由主程序调用的各子程序及各宏程序来说是可以公用的。#100～#149在关掉电源后,变量值全部被清除,而#500～#509在关掉电源后,变量值则可以保存。

(3)系统变量:由#后跟4位数字来定义,它能获取包含在机床处理器或NC内存中的只读或读/写信息,包括与机床处理器有关的交换参数、机床状态获取参数、加工参数等系统信息。

编程中变量的用途有四个,运算;递增量或递减量;与一个表达式比较之后,决定是否实现跳转功能的条件分支;将变量值传送到零件程序中去。

三、一般非圆曲线宏程序的基本步骤

(1)选定自变量。非圆曲线中的X和Z坐标均可以被定义成为自变量,一般情况下会选择变化范围大的一个作为自变量,并且要考虑函数表达式在宏程序中书写的简便,为方便起见,我们事先把与Z坐标相关的变量设为#1,将X坐标相关的变量设为#2等。

(2)确定自变量起止点的坐标值。必须要明确该坐标值的坐标系是相对于非圆曲线自身的坐标系,其起点坐标为自变量的初始值,终点坐标为自变量的终止值。

(3)进行函数变换,确定因变量相对于自变量的宏表达式。

(4)确定公式曲线自身坐标系的原点相对于工件原点的代数偏移量。

(5)设计非圆曲线宏程序的模板设Z坐标为自变量#1,X坐标为因变量#2,自变量步长为0.05,则公式曲线段的加工程序宏指令编程(无X轴偏心)模板如下:

#1=常数 (定义自变量Z的半轴长)

WHILE [ #1 GE Z2](加工控制到Z向终点值)

#2=f(#1) (建立自变量与因变量函数关系式)

#3=#1+△Z(计算曲线上点在加工坐标系的Z坐标)

G01 X[2*#2] Z[#3]F (曲线加工)

#1=#1-0.05 (自变量减小一个步距)

END (加工结束)

四、非圆曲线宏程序的具体应用实例 (华中系统)

实例:加工如下图所示的零件,工艺条件:工件材质为45#钢,毛坯为直径Φ50mm,长110mm的棒料,编程零点放在工件右端面。(X轴无偏心距)

程序如下:

%1234 程序起始

G0 X100 Z100T0101 快速定位到换刀点

M03 S800主轴正转

G0 X50 快速定位到对刀点

Z2 循环起始点

G71 P10 Q20 U1 R1 X0.5 Z0 F100 内外径循环语句

N10G0 X0快速定位

G1 Z0 F50 直线插补到工件右端面

#1=60对椭圆的Z向变量赋值

WHILE #1 GE [0] 变量变化范围

#2=20*SQRT[60*60-#1*#1]/60 根据椭圆方程对X向变量赋值

G1 X[2*#2] Z[#1-60] 椭圆变量插补

#1=#1-0.05 Z以步长为0.05变化

ENDW宏程序结束

N20 G1 Z-90 直线插补循环结束

G0 X100 退刀X向

Z100退刀Z向

M5 主轴停转

M30 程序结束

通过实例可知宏程序是从工件外不断逼近直至最后加工成型,解决了非圆曲线不能用子程序的相对编程方式的矛盾,因此加工非圆曲线的工件灵活使用宏程序,实现了数控加工方便快捷之目的。