基于宏程序車削不同開口方向的拋物線曲線

李占海

(青海省重工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校,青海西寧,810026)

0 引言

隨著數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在企業(yè)生產(chǎn)中就會經(jīng)常遇到應(yīng)用宏程序加工拋物線輪廓的工件。如柱塞泵塞等零件則需要宏程序加工方能提高效率和加工精度，同時在全國數(shù)控大賽中經(jīng)常出現(xiàn)不同開口方向拋物線輪廓的試題，作為一名中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校數(shù)控車實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師則需要深層的掌握、理解及熟練的應(yīng)用宏程編寫。

宏程序是數(shù)控系統(tǒng)及類似產(chǎn)品中的特殊編程功能。用戶宏程序的實(shí)質(zhì)與子程序相似，它是把一組實(shí)現(xiàn)某種功能的指令，以子程序的形式預(yù)先存儲在系統(tǒng)存儲器中，通過宏程序調(diào)用執(zhí)行這一功能。宏程序與普通程序相比較，普通程序的程序?yàn)槌Ａ?，一個只能描述一個幾何形狀，所以缺乏靈活性和適用性。而在宏程序中可以使用變量進(jìn)行編程，還可以用宏指令對這些變量進(jìn)行賦值、運(yùn)算等處理。通過使用宏程序能執(zhí)行一些有規(guī)律變化的曲線輪廓的動作，從而形成我們需要的曲線輪廓。下面就用FANUC Series OI Mate-TC系統(tǒng)數(shù)控車機(jī)床，應(yīng)用宏程序加工下面四種拋物線輪廓，并對宏程序的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 拋物線輪廓在水平位置，圖1開口方向向左圖2開口方向向右

1.1 圖形分析：圖1中拋物線輪廓處于工件右端，拋物線頂點(diǎn)位于工件右端中心，拋物線方程X=-0.05Y2。依據(jù)數(shù)控車床X方向與Z方向坐標(biāo)軸的關(guān)系則將原方程變化為：Z=-0.05X2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。而圖2中拋物線輪廓處于工件左端，拋物線頂點(diǎn)位于工件左端中心，拋物線方程X=0.05Y2。依據(jù)數(shù)控車床X方向與Z方向坐標(biāo)軸的關(guān)系則將原方程改為：Z=0.05X2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。工件毛坯料為：￠52×77，車削拋物線部分是夾工件一端，將拋物線與大經(jīng)一同車出。上述圖1與圖2的開口方向一左一右，圖1中車削拋物線的方程式為：Z=-0.05X2（Z值為負(fù)值），圖2中車削拋物線的方程式為：Z=0.05X2（Z值為正值）。但由于在數(shù)控車床走刀方式是由右向左順序進(jìn)行加工，因此車削圖2工件中的拋物線部分是要將工件調(diào)頭進(jìn)行車削，這時候圖2中拋物線的方程式要改為：Z=-0.05X2，（Z值由原來的正值變?yōu)樨?fù)值），圖1、圖2的宏程序編寫方法相同。

1.2 圖1工件拋物線部分粗精加工宏程序如下

O0001

M03 S630 T0101 F0.2; (刀具采用35度轉(zhuǎn)菱形刀片)

G00 X52 Z2;

G73 U25 R12；

G73 P1 Q2 U0.5;

N1 G00 X-2; (粗精車循環(huán)的首句)

GO1 Z0;

#1=0; （#1為拋物線曲線公式中的Z坐標(biāo)，數(shù)字0為拋物線方程中曲線起點(diǎn)的Z值）

WHILE [#1GE-17.4]DO1; (宏程序循環(huán)語句；-17.4指的是拋物線方程中結(jié)束點(diǎn)Z坐標(biāo))

#2=SQRT[-20*#1]； （#2為拋物線曲線上各點(diǎn)在公式曲線中的X坐標(biāo)）

#3=[2*#2]; （#3為拋物線曲線各點(diǎn)工件坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)）

#4=[#1]; （#4為拋物線曲線各點(diǎn)相對于工件坐標(biāo)原點(diǎn)的Z坐標(biāo)）

GO1 X#3 Z#4; （通過直線插補(bǔ)進(jìn)行直線擬合形成拋物線）

#1=#1-0.1; （0.1為直線插補(bǔ)步距）

END 1;

G00 X52;

N2 Z2; (粗精車循環(huán)的最后一句)

G70 P1 Q2;

M30

2 拋物線輪廓在豎直位置，且開口方向向下。（以圖形上半部分看拋物線開口方向向上）

2.1 圖形分析：圖3中拋物線輪廓處于工件大經(jīng)豎直位置且開口方向上，拋物線兩頂點(diǎn)之間的距離為：L=30mm，拋物線方程Y=0.01X2。依據(jù)數(shù)控車床X方向與Z方向坐標(biāo)軸的關(guān)系則將原方程變化為：X=0.01Z2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。圖3中拋物線輪廓處于工件大經(jīng)的整個圓周，車削拋物線輪廓的關(guān)鍵在于工件X值將隨著Z的變化而變化，X值為#3=[30+2*#2]。

2.2 圖3 工件拋物線部分粗精加工宏程序如下：

O0003

M03 S630 T0101 F0.2; (刀具采用35度轉(zhuǎn)菱形刀片)

G00 X52 Z2;

G73 U7 R5；

G73 P1 Q2 U0.5;

N1 G00 X32; (粗精車循環(huán)的首句)

GO1 Z0;

GO1 X36 Z-2;

Z-20;

X46;

X50 Z-22;

Z-25;

#1=10; （#1為拋物線曲線公式中的Z坐標(biāo)，數(shù)字10為拋物線方程中曲線起點(diǎn)的Z值）

WHILE [#1GE-10]DO1; (宏程序循環(huán)語句；數(shù)字-10指的是拋物線方程中結(jié)束點(diǎn)Z坐標(biāo))

#2=0.01*#1*#1； （#2為拋物線曲線上各點(diǎn)在公式曲線中的X坐標(biāo)）

#3=[30+2*#2]; （#3為拋物線曲線各點(diǎn)工件坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)）

#4=[#1-35]; （#4為拋物線曲線各點(diǎn)相對于工件坐標(biāo)原點(diǎn)的Z坐標(biāo)）

GO1 X#3 Z#4; （通過直線插補(bǔ)進(jìn)行直線擬合形成拋物線）

#1=#1-0.1; （0.1為直線插補(bǔ)步距）

END 1;

GO1 Z-52；

G70 P1 Q2;

M30

3 拋物線輪廓在豎直位置，且開口方向向下。（以圖形上半部分看拋物線開口方向向下）

3.1 圖形分析：圖4中拋物線輪廓處于工件大經(jīng)豎直位置且開口方向下，拋物線兩頂點(diǎn)之間的距離為：L=50mm，拋物線方程Y=-0.01X2。依據(jù)數(shù)控車床X方向與Z方向坐標(biāo)軸的關(guān)系則將原方程變化為：X=0.01Z2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。圖4中拋物線輪廓宏程序的編寫與圖3相同，不同點(diǎn)在于車削拋物線輪廓時工件X值將隨著Z的變化而變化，X值為#3=[50-2*#2]，其余與圖3拋物線輪廓程序相同。

通過應(yīng)用宏程序?qū)Σ煌_口方向拋物線輪廓車削總結(jié)如下：依據(jù)所提供的圖紙建立拋物線輪廓的坐標(biāo)中心點(diǎn)，計算出拋物線曲線中曲線起點(diǎn)相對于坐標(biāo)中心點(diǎn)的Z坐標(biāo)值，把該值賦予變量#1，通過函數(shù)公式計算出變量#2，再計算出工件坐標(biāo)中心點(diǎn)與拋物線曲線坐標(biāo)中心點(diǎn)之間的Z值，把該值賦予變量#4，這樣我們應(yīng)用宏程序中用戶程序B的WHILE語句形式，把拋物線曲線的編程的內(nèi)容放在G73固定循環(huán)中完成拋物線曲線輪廓的加工，并且應(yīng)用這種方法可以加工出其它的非圓二次曲線。另外特別注意的是對于數(shù)控車使用FANUC系統(tǒng)加工非圓二次曲線時，在該系統(tǒng)下宏程序的應(yīng)用只能在G73固定循環(huán)的語句下應(yīng)用，而不能在G71固定循環(huán)語句下應(yīng)用。

[1]沈建國.數(shù)控車床編程與操作實(shí)訓(xùn).北京:國防工業(yè)出版社,2008.

[2]明興祖.數(shù)控加工技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.

[3]卓良福.全國數(shù)控大賽實(shí)操試題集錦(數(shù)控車加工部分).華中科技大學(xué)出版社, 2010.

[4]龔中華.數(shù)控機(jī)床編程與操作.北京:中國勞動社會保障出版社, 2004.