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第 3 期 总第 184 期 2014 年 O6 月 机 械 工 程 与 自 动 化 M E C H A N IC A L E N G IN E E R IN G A U T 0 M A T 10 N N O 3 Ju n 文章编号 1672 6413 20 14 03 0059 02 F A N U C 系统宏程序在椭 圆类零件数车加工 中的应用 李 平 苗发祥 张 明 1 绵 阳职业技术 学院 四川 绵 阳 621000 2 中物 院电子工程研 究所 四川 绵阳 621000 摘要 基 于宏程序的功能特点 分析 了 F A N U C 数控系统宏程序在椭 圆加工 时的编程格 式 并 以数控车 削加 工小花瓶 为例 对含 椭圆轮廓零件进行数控 车削加工 使 用宏程序设计加工工艺 编制程序 在机床上 完成 了零 件 加 工 关键词 宏程 序 椭圆 数控车 削加工 中图分类号 T G 659 文献标识码 A 0 引言 宏程序作 为数控编程 的手段 之一 在椭 圆 抛物 线 双曲线以及一些渐展线 的编程方法上有着 自动编 程及其他方法不可替代的优势 对于规则曲面的编程来说 使用 C A D C A M 软件 编程一般都具有工作量大 程序庞大 加工参数不易修 改等缺点 如果任何一个加工参数发生变化 再智能的 软件也要根据变化后的加工参数重新计算刀具轨迹 尽管软件计算刀具轨迹的速度非 常快 但始终是个 比 较麻烦 的过程 而宏程序具有灵 活性和智 能性等特 点 注重把机床功能参数与编程语言相结合 而且灵活 的参数设置也使机床具有最佳的工作性能 同时也 给 予操作者极大的 自由调整空间 能很好地弥补 自动 编 程 的 不足 1 宏 程序 在椭 圆加工 中 的编程 格式 1 1 编 程 思 路 椭 圆是最常见的二次 曲线 宏程序编程的思路是 采用数段微小直线段逼近椭 圆轮廓 如果分成的线段 足够小 则这个近似的曲线就能够较好地满足加工精 度要求 虽然宏程序编程属于手工编程范畴 但它将 复杂的节点坐标计算 工作交 由计算机数控 系统来完 成 编程者只需给出数学公式和算法 1 2 编程 格 式 不 同的数控系统 宏程序的编程格式也不同 具体 可查阅机床说明书 F A N U C 系统数控车床对于非圆 曲线类零件加工常采用循环语句编制宏程序 其格式如 下 1 变量 W H ILE 条 件表达式 条件 成立 E N D 1 当条 件 成 立 时循 环 执 行 W H IL E 与 E N D 1 之 间 的程序段 若条件不满足则执行 E N D 1 的下一行程序 段 2 2 椭圆的方程为 一1 其中 n 为椭 圆的短半 轴 b 为椭圆的长半轴 图 1 为椭 圆的宏程序编程节 点图 椭圆的宏程序编程格式如下 1一C F 起点到 圆心的距离 2 一D F 终点到圆心 的距离 W H IL E 1G E 2 D O 1 3一a SQ R T 1一 1 1 b G ol X EE 3 常数 1 2 zE 1 常数 2IF 进给速度 1一 1一 步距 E N D 1 其 中 常数 1 为 圆心到轴 线 的距离 常数 2 为圆心 到端 面的距离 步距必须大于等于刀尖圆弧半径 l L 一 F I i D 图 1 椭 圆 的 宏程 序 编 程节 点 图 2 宏程 序编 程加 工 的应用 下面以 F A N U C 一 21i 系统 数控车床为例 具体分 析如何应用宏程序来加工含椭圆轮廓的零件 2 1 零件加 工 工 艺的分析 图 2 为小花瓶零件图 工件坐标系原点设在零件 右端面与轴线 的交点处 其加工工艺设计重点是椭圆 收稿 日期 2o13 09 22 修 回 日期 2Ol 3 12 15 作者简介 李平 1982一 男 四川邻水人 讲师 工学硕士 主要研究方向为机械制造和数控加工技术 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 机 械 工 程 与 自 动 化 2Ol 4 年 第 3 期 轮廓的加工方法 粗加工时 椭圆先按近似圆弧粗车循 环 因为圆弧的轮廓 比椭圆大 有加工余量 精加工时 再编写椭圆宏程序加工即可 具体零件加工工艺及切 削用量设计见表 1 2 2 编 写参 考程序 为了编写程序 根据零件 的要求 需要通过 CA D 软件绘图查找坐标 具体坐标点 为 A X 32 84 Z 0 B X 36 592 Z 0 C X 38 358 Z 一 1 469 D X 35 924 Z 一35 547 E X 40 Z 一45 F X 34 102 Z 一 56 306 G X 36 82 Z一 65 36 5 H X 40 Z一 7 0 6 09 P X 23 Z 一19 759 然后根据加工工艺设计 的要求 代替 完成零件加工程序的编写 口 鲁 一7 B A P 三 1量 入 l一 75 耄 i 一 椭 圆长半轴 励 9O 0 1 短半轴 z 30 一 表 1 零件加 工工 艺及切 削用量 图 2 小花瓶零件图 工序号 工序 内容 刀具号 刀具规格 主轴转速 r m i n 进给速度 m m r 背吃 刀量 m m 余量 1 平端 面 粗车外 圆 T 010l 外圆粗车刀 8OO 0 i 5 O 8 0 4 2 钻孔 0 20 T 0202 0 20 优钻 1 OO O 0 05 0 5 3 粗镗 内圆 T 0303 内孔镗刀 1 OO O O 1 0 4 0 2 4 精车外 圆 T 0404 外圆精车刀 1 20 0 0 05 5 精镗内圆 T 0303 内孔镗刀 1 200 0 04 6 切断 T 0505 3 m m 切 断刀 6OO 0 05 平端面 粗车外圆 精车外圆等的编程代码如下 N 1 平端面 粗车外圆程序段 G 9 7 M1 4 S 8 0 0 M 98P 1 调用予程序回到换 刀点 T O101 选刀 通过刀补建立 坐标 系 G O O X 5 Z 1 Z 0 0 5 G Ol G 99X 一1 F 0 15 粗平端面 Z 1 F 1 X 5 1 G 9 9 l G 7IU 0 8R 0 5 外圆粗车循 环指令 G7 1P 100Q200U0 4W 0 F0 15 N 100G 00X 35 Z0 1 粗车循环调用的第一行 G O 1Z O X 3 6 5 9 2 G 0 3 X 3 8 3 5 8 Z l 4 6 9 R 1 G 0 2 X 3 5 9 2 4 Z 一 3 5 5 4 7 R 39 G O 3X 34 1O2Z 一56 3O6R 23 051 椭 圆粗 车时 用 R 23 51 的圆 弧 G 0 2 X 3 6 8 2 Z 一 6 5 3 6 5 R 8 G 0 3 X 4 0 Z 7 0 6 0 9 R 8 G O l Z 一 8 5 X 4 9 R 2 5 Z 94 粗车长度多 4 m m 留出切断余 量 N ZOOX 5 1 粗车循环调用的最后一行 M 98P 1 调用子程序回到换 刀点 M 01 程序选择暂停 N 4 精车外圆程序段 G 9 7 M 1 4 S 1 2 0 0 M 98P 1 调用子程序 回到换 刀点 T0404 选 刀 通过 刀补建立坐标 系 G 0 0 X 6 0 Z 5 G 0 1G 99G 42X 33 Z1 F1 建立刀具半径右补偿 保证精车尺寸精度 Z 0 F 0 0 5 l X 3 6 5 92 精平端 面 G O 3X 3 8 3 5 8 Z 一 1 4 6 9 R 1 G O 2X 3 5 9 2 4 Z 一 3 5 5 4 7 R 3 9 1 9 453 宏程序开始 椭 圆 z 轴起点到圆心 的距离 2一一11 30 6 椭 圆 z 轴终点到圆心的距 离 W H ILE 1G E 2 DO 1 判断是否走到 z 轴终点 3 40 SQ R T 1一 1 1 900 应用椭圆公式计 算 O Ol X E 3 20 2 z 1 45 F0 05 椭圆插补轨迹 1 1 0 2 Z 轴步距每次 0 2 m m E N D 1 宏程序结束 G O 2 X 3 6 8 2 Z 一 6 5 3 6 5 R 8 F 0 0 5 G O 3 X 4 O Z 一 7 0 6 0 9R 8 G O 1 Z 一 8 5 X 4 9 R 2 5 Z 93 8 精车比粗 车短点 留出足够切断余量 X 5 1 M 9 8P 1 调用子程序 回到换刀点 M O 1 程序选择暂停 钻孔 镗 内孔 切断加工等工序 的编程 比较简单 这里 不再 赘述 3 零件 的加 工效 果 编写 完 程 序 利 用 FA N U C一 2l i 系 统 数 控 车 床 进 行仿真加工 如果仿真加工没有 问题 选取 0 50 m m 的有 机玻 璃材 料进 行零 件加 工 通过装 刀 一对 刀 一平 端面和粗车外圆一钻孔一粗镗内孔一精车外 圆一精镗 内孔 一切 断 一机床 上 手 动 抛光 完成 了小 花 瓶 零 件 的 机加 工 如 图 3 所 示 4 结论 综上所述 宏程序能编制传统数控编程无法实现 的椭 圆类零件 的数控车削加工程序 其变量编程方式 增加 了应用对象的灵活性 编写时更直观 简便 精简 了程序 内容 大大提高 了编程效率 因此 机床使用者 利用宏程序编程功能 可充分扩展数控机床的使用范 围和使用功效 具有非常广泛的应用前景 下转 第 63 页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2014 年第 3 期 机 械 工 程 与自 动 化 63 从表 3 中可明显看出 随着网格密度的不断加大 等效应力和等效变形增大 的幅值在不断减小 可 以推 断 随着网格密度的增加 最大等效应力和等效变形 的 结果在到达某一结果 接近 22 4 M P a 后便不会增加 因此 应力 奇异 性 问题 得到 了有 效 的解决 3 结论 以 L 型箱型结构的构件为例 分析产生应力奇异 性 问题 的原 因如 下 1 加载约束 的位置会产生应力奇异性 但是并 不是主要问题 因此改变约束 的位置虽然可 以减小应 力 奇 异 但 是 并不 能很 好地 解决 这 个 问题 2 模 型 连 接 处 的 尖 角 是 产 生 应 力 奇 异 性 的 关 键 因此 用平 滑 的过 渡 曲线连 接两 个构 件 可 以很好 地 解 决应 力奇 异 性 问题 参考文献 1 E rdogan F O zbek T Stresses i n fi ber rei nforc ed c om posi tes w i th i m perfec t bondi ng J A SM E Journal of A p pl i ed M ec h an i c s 1 969 3 6 86 5 8 69 E2 许金泉 金烈 候 丁皓 双 材料 界面端 附近 的应力 奇异 场 J 上海力学 1996 17 104 110 33 Zbi b H M H i rth J P D em i r I T he stess i ntensi ty fac tor of c yl i ndri c al c rac k J Internati onal Journal of Engi n eeri n g Sc i en c e 1 99 5 33 24 7 2 53 4 章成器 优 化设计 方法 在工程 机械 的应用 M 上海 同 济大学 出版社 1994 5 张洪信 有 限元 基础理论 与 A N SY S 应用 M 北 京 机 械 工业 出版社 2006 6 zH A N G Y M cH E N s H L Iu Q L et a1 Stoc has ti c perturbati on fi ni te el em ents J Com puters 8L Struc tures 1 99 6 59 3 4 25 4 2 9 R esearc h on S tress S i n gu l a ri ty o f F i n i te E l em en t A n a l y si s W A N G X i n Q I Q i song 1 C ol l ege of M ec hani c al E ngi n eeri ng T ai yuan U ni versi ty of T ec hno l ogy T ai yu an 030024 C hi na 2 D epartm ent of M ec hani c al E ngi neeri ng Sh an xi Insti tute of M ec hani c al E l ec l ri c al E ngi n eeri ng C hangzhi 046011 Chi na 3 Sc hool of M ec hani c al E ngi neeri ng Tai y uan Uni versi ty of S c i enc e and T ec h nol ogy T ai yuan 030024 C hi na A bstrac t In th i s p ap er th e param etri c m od el of a L bo x struc tu re i s set u p by p aram e teri zati o n desi g n l ang uag e A P D L of A N S Y S th en th e stati c streng th of the m o del i s an al y zed i n ord er to so l v e th e stress si n gu l ari ty p ro bl em T w o m etho ds a re p ut forw ard tO red u c e th e stress si ng u l ari ty w h i c h are c h ang i n g th e po si ti o n o f c o n strai n t an d c h an gi n g th e c o nn ec ti on ty pe o f tw o c o m po nen ts K ey w ords fi n i te el em en t A N S Y S stress si n g ul ari ty 上接 第 6O 页 图 3小 花瓶零件实物 图 参考文献 1 陈海 舟 数 控铣 削加 工宏程 序及 应用 实例 M 北京 机 械工业 出版社 2006 2 周虹 基 于 宏程 序 的椭 圆 车削 加工 J 新技术 新 工 艺 2 00 7 10 35 3 陈启森 非 圆曲线 的宏程 序编 制方法 应用 研究 I J I 现 代 制造 工程 2010 3 46 48 4 张明 数控 机床 加工 零件 I M 武汉 武汉 理工 大学 出版 社 20 1 l A p p l i c ati o n o f F A N U C C N C S ystem Mac ro p ro gra m i n E l l i p ti c P arts T u rn i n g L I P i ng MIAO F a xi ang2 Z H ANG Mi ng 1 D epartment of M ec hani c al E l ec tri c al Engi neeri ng M i an yang Vac ati onal and Tec hni c al