西門子系統(tǒng)數(shù)控車床橢圓曲線回轉(zhuǎn)曲面加工參數(shù)化編程探索

李 紅 劉明璽

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710014）

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西門子系統(tǒng)數(shù)控車床橢圓曲線回轉(zhuǎn)曲面加工參數(shù)化編程探索

李 紅 劉明璽

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710014）

摘 要：文章結(jié)合本人在教學(xué)過(guò)程中遇到的曲線回轉(zhuǎn)表面加工問(wèn)題，提出利用參數(shù)化編程方法解決任意形狀橢圓曲線回轉(zhuǎn)曲面零件粗精加工的通用解決方案。實(shí)踐表明，這對(duì)于提高此類零件加工編程效率，指導(dǎo)編程人員完成不同形狀橢圓加工編程，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 數(shù)控編程 R參數(shù)編程 橢圓曲線回轉(zhuǎn) 表面加工

引言

數(shù)控車床在加工非線性曲線回轉(zhuǎn)曲面時(shí)，由于機(jī)床系統(tǒng)沒(méi)有適用的代碼指令，通常在加工時(shí)需要通過(guò)算法研究，利用機(jī)床系統(tǒng)運(yùn)算功能，結(jié)合零件加工精度要求，設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)零件表面的粗精加工。該過(guò)程編程方便，機(jī)床內(nèi)存占用小，并可作為系統(tǒng)二次開發(fā)的形式固化存儲(chǔ)于系統(tǒng)中隨時(shí)調(diào)用，是編程人員解決此類問(wèn)題的重要參考資料。

1 參數(shù)編程的特點(diǎn)

參數(shù)編程適用于不能用直線插補(bǔ)G01、圓弧插補(bǔ)G02 （G03）加工的、能夠用數(shù)學(xué)公式描述的各種類型的非線性回轉(zhuǎn)曲面加工。參數(shù)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(zhuǎn)表面的表面特征也在發(fā)生變化。因此，尋找一種通用的解決任意形狀橢圓曲線回轉(zhuǎn)表面編程的方法，對(duì)于解決橢圓曲線回轉(zhuǎn)表面加工具有重要的借鑒意義。

2 橢圓曲線通用參數(shù)化方程及其加工編程走刀路線規(guī)劃

2.1 橢圓曲線通用參數(shù)化方程

如圖1所示，在回轉(zhuǎn)軸線與橢圓a軸平行情況下，設(shè)（A，B）為橢圓圓心坐標(biāo)，a為橢圓長(zhǎng)軸，b為橢圓短軸，β為橢圓起始位置與終止位置對(duì)應(yīng)圓心角，t為編程時(shí)的參數(shù)變量。當(dāng)a、b、A、B、β的數(shù)值確定后，橢圓上某個(gè)對(duì)應(yīng)于角度參數(shù)t的坐標(biāo)就可以通過(guò)參數(shù)化方程確定。坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：X（t）=A+bsin（t），Z（t）=B+acos（t）。

2.2 橢圓回轉(zhuǎn)曲線加工編程走刀路線規(guī)劃

為了保證曲面加工精度以及提高加工效率，防止加工過(guò)程刀具與工件已加工表面發(fā)生碰撞干涉情況出現(xiàn)，曲面在加工時(shí)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(jù)毛坯大小確定，以防止切削力對(duì)加工精度的影響。精加工加工精度的確定要通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算的方法，確定參數(shù)t的最小變化量。精度要求越高，參數(shù)t設(shè)置時(shí)變化量越小；相反，則越大。

圖1 橢圓曲線通用參數(shù)化模型

3 橢圓參數(shù)化編程過(guò)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(shù)賦初值，橢圓起點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(biāo)包括加工余量

G01X=R21 Z=R22 %刀具按直線插補(bǔ)走到R8對(duì)應(yīng)的點(diǎn)

IF R7＜90 GOTOF AB2 %如果橢圓圓心角小于90度，跳轉(zhuǎn)至AB2

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

IF R17＜R18 GOTOF AB2 %如果R17小于毛坯尺寸，跳轉(zhuǎn)至AB2

AB2∶IF R21＞R18 GOTOF AB3 %如果X坐標(biāo)大于毛坯，跳轉(zhuǎn)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓心角，跳轉(zhuǎn)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(jié)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(jìn)給量

M6T1 %確認(rèn)1號(hào)刀位刀具

R7=R5+R8 %定義R7，橢圓終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓心角

R9=2*（R2+R3+10） %定義R9，粗加工起點(diǎn)X坐標(biāo)

R10=R1+R4+10 %定義R10，粗加工起點(diǎn)Z坐標(biāo)

R19=R18 %加工開始時(shí)，加工余量為毛坯尺寸

G0X=R9 Z=R10 %刀具定位至粗加工起始點(diǎn)

AB4∶ZTY %執(zhí)行子程序，按照橢圓輪廓進(jìn)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(zhuǎn)至AB4，繼續(xù)執(zhí)行子程序進(jìn)行粗加工

G0X=R9 Z=R10 %粗加工結(jié)束，刀具定位至粗加工起始點(diǎn)

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(zhuǎn)速與進(jìn)給量

ZTY %執(zhí)行子程序，按照橢圓輪廓進(jìn)行精加工

G0X100 %X方向退刀

Z100 %Z方向退刀

M5 %主軸停轉(zhuǎn)

M30 %程序結(jié)束

3.3 不同參數(shù)條件下加工刀具路徑、實(shí)體仿真后的零件外形圖

橢圓中心與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合時(shí)，加工刀具路徑、實(shí)體仿真后的零件外形圖，如圖2所示。長(zhǎng)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(jìn)給量0.2mm/r，角度增量1°；精加工背吃刀量0.5mm，進(jìn)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(biāo)系原點(diǎn)重合時(shí)加工刀具路徑、實(shí)體仿真后的零件外形圖

橢圓中心與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)不重合時(shí)，加工刀具路徑、實(shí)體仿真后的零件外形圖，如圖3所示。橢圓中心坐標(biāo)為（10，10），長(zhǎng)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(jìn)給量

0.2mm/r，角度增量1°；精加工背吃刀量0.5mm，進(jìn)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(biāo)系原點(diǎn)不重合時(shí)加工刀具路徑、實(shí)體仿真后的零件外形圖

4 總結(jié)

R參數(shù)編程過(guò)程簡(jiǎn)單，易于掌握。在編程過(guò)程中，它可以將曲線方程、數(shù)學(xué)公式等運(yùn)用到程序中，利用邏輯運(yùn)算、條件語(yǔ)句將復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程轉(zhuǎn)移給操作系統(tǒng)，這樣使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，便于解決工程問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

［1］陳宏軍.機(jī)械加工工藝施工員手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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［3］劉明璽.數(shù)控車床編程與操作［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2013.

［4］SIEMENS CHINA.SINUMERIK 802S base line簡(jiǎn)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