数控车椭圆宏程序编程探讨技师论文

数控车高级技师论文 数控车椭圆宏程序编程探讨 专专 业业 数数 控控 技技 术术 单单 位位 姓姓 名名 指导教师指导教师 院院 系系 机电工程系机电工程系 提交日期 2011 年 10 月 1 数控车椭圆宏程序编程探讨数控车椭圆宏程序编程探讨 摘摘要要 数控机床在我们机械产品加工中应用已经越来越普及 从而提高了产品质量 缩短了加 工时间 获得了较复杂的零件 创造了较高的效益 在数控车床上 常会遇到加工椭圆 抛物线 等非圆曲线的零件 本文以在 FANUC 0i 系统数控车床上车削椭圆弧编程进行较全面的归纳和探讨 关关键键词词 FANUC 数控车床 椭圆 宏程序 引言 在数控车床上用宏程序来编写椭圆弧程序进行车削加工 它是用无数微小直线段进行拟合而 成 G1 指令 椭圆的方程有两种形式 一种是椭圆标准方程 即 1 a b 0 另外 2 2 a x 2 2 b y 一种是椭圆参数方程 即 X acos Y bsin 在编写宏程序过程中 具体使用哪种椭圆方程要 根据图纸给定条件决定 有时两种方程都可以使用 如图 1 所示 a 椭圆标准方程 b 椭圆参数方程 图 1 数学坐标系椭圆方程 在数控车床上的坐标轴与数学中的坐标轴不一致 如图 2 所示 故得出在机床坐标系上椭圆 的标准方程为 1 a b 0 参数方程为 Z acos X 2bsin 直径量 2 2 a z 2 2 b x 2 a 椭圆标准方程 b 椭圆参数方程 图 2 车床坐标系椭圆方程 本文主要阐述椭圆圆心在 Z 方向上的椭圆弧编程 数控车床坐标系原点一般设定在工件的右端面和工件中心轴线交点处 零件的椭圆弧在 Z 轴 负方向上 所以必须对车床坐标系椭圆方程进行 Z 方向偏移才能编程加工 如图 3 所示 X 方向 也有可能产生偏移 从而得出偏移后的椭圆标准方程为 1 凸椭圆 或 2 2 a Lz 2 2 b Kx 1 凹椭圆 L 为偏移后的圆心与工件坐标系圆心的 Z 向距离 K 为偏移 2 2 a Lz 2 2 b xK 后的圆心与工件坐标系圆心的 X 向距离 半径量 椭圆的参数方程为 Z acos L X 2 bsin 2K 凸椭圆 或 Z acos L X 2K 2 bsin 凹椭圆 a 椭圆标准方程 b 椭圆参数方程 图 3 车床坐标系椭圆偏移 3 在数控车床上 常见的椭圆相对与工件坐标系偏移形式主要有三种 第一种椭圆仅仅只在 Z 轴上进行偏移 第二种椭圆同时在 X 和 Z 轴上偏移 第三种是基于前面两种的倾斜椭圆 下面我 们来系统分析这三种偏移形式椭圆的编程方法 1 1 椭圆只在椭圆只在 Z Z 轴上偏移轴上偏移 1 11 1 椭圆弧经过工件坐标系原点椭圆弧经过工件坐标系原点 图 4 车床坐标系椭圆偏移 椭圆弧经过工件坐标系原点如图 4 所示 编程方法最为简单 椭圆弧可能是半个椭圆 也有 可能是小与或大与半个椭圆的圆弧 编程时可以用标准方程 1 Z 方向偏移 2 2 16 16 z 2 2 12 x 量和椭圆长半轴相同 进行宏程序编程 也可以使用 Z 16cos 16 长半轴和 Z 方向偏移相同 X 24sin 直径量 参数宏程序编程 具体要看椭圆弧终点给出的是坐标数值还是角度值来决定 用哪种编程方法 如图 4 所示椭圆弧为半个椭圆 椭圆终点的坐标数值可以很容易的计算出来 X24 Z 16 椭圆的起点和终点坐标角度值分别为 0 为 90 其程序如表 1 和表 2 所示 表 1 标准方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X32 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X0 N60G1 Z0 F0 1 4 N70 100 0 100 为 X N80 101 0 101 为 Z N90G1 X 100 Z 101 F0 1 直线拟合椭圆弧 N100 101 101 0 5 Z 为自变量 每次移动 0 5 步长 N110 103 101 16 103 为 101 16 N120 100 12 SQRT 1 103 103 256 根据标准方程公式计算出 X 应变量 值 N130 100 2 100 X 为直径量编程 N140IF 101GE 16 GOTO 90 条件判断 当 Z 16 程序跳转到第 90 行 N150G1 Z 43 车直线 N160GO X32 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 表 2 参数方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X32 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X0 N60G1 Z0 F0 1 N70 101 0 101 为 角自变量 N80 200 0 200 为 X N90 201 0 201 为 Z N100G1 X 200 Z 201 F0 1 直线拟合椭圆弧 N110 101 101 0 5 101 角度自变量 每次增加 0 5 N120 201 16 cos 101 16 Z 方向参数值 应变量 N130 200 2 12 sin 101 X 方向参数值 应变量 5 N140IF 0GE 101LE90 GOTO 90 当 90 0 程序跳转到第 90 行 N150G1 Z 43 车直线 N160GO X32 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 1 21 2 椭圆弧与工件坐标系相离椭圆弧与工件坐标系相离 椭圆弧与工件坐标系相离是指椭圆圆心相对与工件坐标系在 Z 轴负方向上偏移量大于椭圆长 半轴 a X 方向不偏移 如图 5 所示 真正加工的椭圆弧是 BC 段 BC 段之外的左右两端弧是不 能车削的 我们可以通过计算或给出的坐标或角度值进行对该类椭圆弧进行编程 椭圆标准方程宏程序编程 该椭圆偏移后得到的椭圆方程为 1 椭圆圆 2 2 16 22 z 2 2 12 x 心与工件坐标系原点偏移 22 B 点坐标和 C 点坐标已知 那么利用标准方程编程也较为简单 椭圆参数宏程序编程 椭圆 Z 方向偏移 22 得到偏移后的参数方程为 Z 16cos 22 椭圆 圆心与工件坐标系原点偏移 22 X 24sin 直径量 为角度变量 角度范围从 23 到 157 范围 图 5 车床坐标系椭圆偏移 6 表 3 标准方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X32 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X14 7 N60G1 Z0 F0 1 N70X15 7 Z 0 5 N72Z 14 N74 100 15 7 100 为 X N80 101 14 101 为 Z N90G1 X 100 Z 101 F0 1 直线拟合椭圆弧 N100 101 101 0 5 Z 为自变量 每次移动 0 5 步长 N110 103 101 22 103 为 101 22 N120 100 12 SQRT 1 103 103 256 根据标准方程公式计算出 X 应变量 值 N130 100 2 100 X 为直径量编程 N140IF 101GE 36 GOTO 90 条件判断 当 Z 36 程序跳转到第 90 行 N150G1 Z 53 车直线 N160GO X32 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 表 4 参数方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X32 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 7 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X14 7 N60G1 Z0 F0 1 N70X15 7 Z 1 N72Z 14 N74 101 23 101 为 角自变量 从 23 起始角开始 N80 101 101 0 5 101 角度自变量 每次增加 0 5 N90 201 16 cos 101 22 Z 方向参数值 应变量 N100 200 2 12 sin 101 X 方向参数值 应变量 N110G1 X 200 Z 201 F0 1 直线拟合椭圆弧 N140IF 101LE157 GOTO 90 当 157 23 程序跳转到第 90 行 N150G1 Z 53 车直线 N160GO X32 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 1 31 3 椭圆弧与工件右端面相交椭圆弧与工件右端面相交 椭圆弧与工件坐标系相交是指椭圆圆心相对与工件坐标系在 Z 轴负方向上偏移量小于椭圆长 半轴 a X 方向不偏移 如图 6 所示 真正加工的椭圆弧是 A 点开始与圆柱相切的部分 我们可 以通过计算或给出的坐标或角度值进行对该类椭圆弧进行编程 椭圆标准方程宏程序编程 该椭圆偏移后得到的椭圆方程为 1 椭圆圆 2 2 16 12 z 2 2 12 x 心与工件坐标系原点 Z 方向偏移 12 A 点坐标和 B 点坐标已知 那么利用标准方程编程就可以 方便的编写宏程序了 椭圆参数宏程序编程 椭圆 Z 方向偏移 12 得到偏移后的参数方程为 Z 16cos 12 X 24sin 为角度变量 角度范围从 21 到 90 范围 8 图 6 车床坐标系椭圆偏移 表 5 标准方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X32 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X14 7 N60G1 Z0 F0 1 N70X15 7 Z 0 5 N72Z 14 N74 100 15 7 100 为 X N80 101 14 101 为 Z N90G1 X 100 Z 101 F0 1 直线拟合椭圆弧 N100 101 101 0 5 Z 为自变量 每次移动 0 5 步长 N110 103 101 12 103 为 101 12 N120 100 12 SQRT 1 103 103 256 根据标准方程公式计算出 X 应变量 值 N130 100 2 100 X 为直径量编程 N140IF 101GE 36 GOTO 90 条件判断 当 Z 36 程序跳转到第 90 行 N150G1 Z 53 车直线 9 N160GO X32 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 表 6 参数方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X32 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X14 7 N60G1 Z0 F0 1 N72X15 7 Z 1 N74Z 14 N70 101 21 101 为 角自变量 起始角从 21 开始 N80 101 101 0 5 101 角度自变量 每次增加 0 5 N90 201 16 cos 101 12 Z 方向参数值 应变量 N100 200 2 12 sin 101 X 方向参数值 应变量 N110G1 X 200 Z 201 F0 1 直线拟合椭圆弧 N140IF 101LE90 GOTO 80 当 157 23 程序跳转到第 80 行 N150G1 Z 53 车直线 N160GO X32 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 10 2 2 椭圆在椭圆在 X X Z Z 轴上偏移轴上偏移 注 椭球长轴100 短轴48 图 7 车床坐标系椭圆 X Z 偏移 椭圆弧与工件坐标系不仅 Z 轴方向上偏移 X 方向也同时偏移 此时的椭圆标准方程为 1 凸椭圆 或 1 凹椭圆 L 为偏移后的圆心 2 2 a Lz 2 2 b Kx 2 2 a Lz 2 2 b xK 与工件坐标系圆心的 Z 向距离 K 为偏移后的圆心与工件坐标系圆心的 X 向距离 半径量 椭圆 的参数方程为 Z acos L X 2 bsin 2K 凸椭圆 或 Z acos L X 2K 2 bsin 凹椭圆 我们可以通过计算或给出的坐标或角度值进行对该类椭圆弧进行编程 椭圆标准方程宏程序编程 该椭圆偏移后得到的椭圆方程为 1 椭圆圆心与工件坐标系原点 Z 方向偏移 23 X 偏移 40 椭圆弧 2 2 50 23 z 2 2 24 40 x 与圆柱有两个交点坐标已知 那么利用标准方程编程就可以方便的编写宏程序了 椭圆参数宏程序编程 椭圆 Z 方向偏移 23 得到偏移后的参数方程为 Z 50cos 23 X 80 24sin 直径量 为角度变量 角度范围从 43 到 143 范围 表 7 标准方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 11 N20G0 X52 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U8 W0 R8 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X34 N60G1 Z0 F0 1 N70X36 Z 0 5 N72 Z 5 6007 N74 100 35 100 为 X N80 101 5 6007 101 为 Z N90G1 X 100 Z 101 F0 1 直线拟合椭圆弧 N100 101 101 0 5 Z 为自变量 每次移动 0 5 步长 N110 103 101 23 103 为 101 23 N120 100 40 24 SQRT 1 103 103 2500 根据标准方程公式计算出 X 应变量 值 N130 100 2 100 X 为直径量编程 N140IF 101GE 60 2678 GOTO 90 条件判断 当 Z 60 2678 程序跳转到第 90 行 N150G1 Z 69 车直线 N160GO X52 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 表 8 参数方程宏程序编程 程序段号程 序注 释 N10T0101 M3 S600 1 号外圆偏刀粗加工零件外形 N20G0 X52 Z2 M8 刀具到起刀点 N30G73 U15 W0 R10 G73 轮廓粗加工循环车削 N40G73 P50 Q160 U0 3 W0 F0 3 N50G0 X34 12 N60G1 Z0 F0 1 N70X35 Z 0 5 N72Z 5 6007 N74 101 43 101 为 角自变量 起始角为 43 N80 101 101 0 5 101 角度自变量 每次增加 0 5 N90 201 16 cos 101 23 Z 方向参数值 应变量 N100 200 2 12 sin 101 X 方向参数值 应变量 N110G1 X 200 Z 201 F0 1 直线拟合椭圆弧 N140IF 101LE143 GOTO 90 当 143 43 程序跳转到第 80 行 N150G1 Z 69 车直线 N160GO X52 抬刀 N170GO X200 Z200 M5 退刀 主轴停 N180M9 冷却液关 N190M0 程序暂停 精加工程序略 G70 3 3 斜椭圆斜椭圆 斜椭圆计算和编程比前面复杂 其旋转后的 X Zsin Xcos Z Zcos Xsin 斜椭圆 是基于前