数控车削加工的参数化编程探讨

第 2期 总第 1 6 5 期 2 0 1 1年 4月 机 械 工 程 与自 动 化 M EC HANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No 2 Apr 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 2 0 1 6 4 0 2 数控车削加工的参数化编程探讨 黄晓 东 陈 爽 江 西理工大学 江西 赣州 3 4 1 0 0 0 摘要 介 绍 了一种基于 F ANUC O T 系统宏指令 的实用参数化编程思路 以解决普通数控 系统无法 以系统 内 部插补指令加工非圆 凿线的问题 以抛物线为例 介绍 了数控车 削非 圆曲线的粗车 精 车编程方法 关键词 插补 非圆曲线 抛物 线 数控 系统 参数化编程 中图分类号 TG S 1 文献标识码 B 0 引言 数控机床在金属加工领域的主导地位正逐步凸现 出来 数控技术是机电一体化技术发展 的结晶 数控 机床的使用使得金属加工质量对操作者技能的依赖性 大为降低 使得以前不可能的复杂高精度加工变为可 能 普通数控系统一般只提供直线插补 GO D 圆弧插 补 GO 2 G0 3 而在现实数控车削中经常需要加工一 定精度的非圆曲线 如抛物线等 这时就无法直接采 用此类数控系统内部的插补指令 为加工此类特定曲 线 可考虑用微细小直线段拟合非圆曲线的方法来达 到精度要求 首先针对非圆曲线建立笛卡尔坐标系 车 削加工中常 以工件右端面中心点为工件坐标系原点 X 轴 z轴平行于机床坐标系 再从坐标系原点出发建 立一系列非圆曲线的割线 可由曲线方程计算出割线 族 与非 圆 曲线 的交 点 坐标 最终 用 直线 插补 指令 G0 1 连续插补出各微细小直线段 各条割线间的间隔角度随精度要求的不同进行调 整 故精度要求越高 要求割线间的间隔角度越小 计 算量也随之增加 程序也变得更复杂 F ANUC 一0 T 系统提供了 A B两种用户宏指令 对特定非圆曲线采 用宏指令编程可将程序参数化 使程序精简易懂 能 有效解决计算量增加带来的程序庞大等问题 1 典型 非圆 曲线方 程分析 本文以抛物线为例 对抛物线曲线方程作出分析 在 r O Z平面内建立笛卡尔坐标系 如图 1所示 抛物 线 的标 准方程 为 z 一 一2 p z 户 0 1 其 中 P为抛物线的焦准距 数控系统在进行插补时 要实时计算出下一步的 抛物线坐标点的坐标值 可根据z 一厂 z 的函数关系 给定一个 值 此处采用半径值 可计 算出相应 的 z 值 一 荔 p 0 2 此外 还可以根据抛物线的参数方程求解曲线上 各点的坐标值 参数方程如下 其 中 O 为斜率角度变量 c 为抛物线动径横坐标 F 一 0 一 一一 1 1 图 1抛 物线 示 葸 图 运用式 2 和式 3 两种方程计算插补点的过程 中 要注意到不同计算方式带来的精度问题 我们可以 在数控机床粗车 半精车加工阶段采用公式 2 精车 加工阶段采用公式 3 来计算数控系统要求 的各插补 点坐标 值 2 加 工编 程举例 2 1 编程 实例 已知待加工榔头手柄尾部为一抛物线 材料为 4 5 圆钢 毛坯直径为 1 6 mm 加工尺寸如图 2 所示 建 立该工件右端抛物线函数与参数方程如下 收稿 日期 2 0 1 0 u一 0 1 修 回日期 2 0 1 O l 2 O 8 作者 简介 黄晓东 1 9 7 7 男 湖北钟祥人 讲 师 硕 士 研究方向为数控技术 叫 一 一 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2 0 1 1 年 第 2期 黄晓 东 等 数控 车削加工的参数化编程探 讨 1 6 5 r 2 7 一 4 z I z一 一 4 t a n a L 2一 一 4 t a n a t an a 图 2加 工 工 件 2 2 加 工工艺路 线 分析 圆钢毛坯直径 为 1 6 mm 由图 2可以看 出工件 各段 的加工余量较大且不相 同 故宜采用先分段走直 线 粗 车 粗 车 用 量 取 0 5 mm 留 出 精 加 工 余 量 0 2 mm 然后精车出图纸要求尺寸 图 2中与本文无 关处之加工工艺 如螺纹 退刀槽 滚花等在此不予 讨论 2 3 程 序 实现 2 3 1 程序变量设置 工件坐标系以工件右端面回转 中心点为原点 以 便于编程 抛物线段的切削可以由端面车刀完成粗 精 加工 不需要设置刀偏补偿 以该端面车刀作为标准 刀 本文为便于说明修改系统参数 将 F AN UC系统 默认的直径编程模式改为半径编程模式 F ANUC系 统提供了两种不同功能范围的宏指令 分为 用户宏 程序 A 用户宏程序 B 这里采用用户宏程序 B编 写程序 参数化编写程序需要用变量对加工参数作 出 定 义 F ANUC一 0 T 系 统 提 供 了 1 0 0 1 4 9 5 O o 5 3 1 两类公共变量 1 O 0 1 4 9为断电清 零型变量 5 0 0 5 3 1为断电保持型变量 准备段 程序编写如下 020 1 0 N1 0 G5 4 G4 0 G4 9 T0 1 0 0 M0 6 M0 3 6 0 o F 0 1 确定坐标 系 初始 化系统 N2 0 G0 0 X 2 1 0 5 Z 1 0 确定起刀点 N3 0 1 0 0 0 5 z方 向粗 车背吃刀量 N4 O l O l o 2 方向精车背吃 刀量 N5 0 1 0 5 8 抛物线 开 口 8 mm 半径值 N6 0 1 0 6 I 6 抛 物线 2向长度 N7 0 1 0 7 一o 5 精加 工余 量 N8 0 UO 1 0 5 一 l 0 0 粗 车段 z向 坐标 值 N9 0 1 2 0 0 精加工初始角度 2 3 2 粗车路线 粗车路线示意图如图 3所示 刀具从起刀点向 z 轴负方 向按粗车背吃刀量 1 0 0进给 沿 轴负向直 线切削毛坯 每一次直线进给需确定相应的 坐标值 其算法 思路如下 当 坐标值大于抛物线开 口值时 一一1 6 精 加工余量 当 z坐标 值小 于或等于抛 物线 开 口值 时 一 X 2 精加工余量 当 2 7 坐标值等于零时 z 0 图 3 粗车路线圈 用绝对跳转指令结合条件跳转指令语句可实现上 述的粗加工过程 选择F ANUC一0 T系统 用户宏程 序 B 编写程序如下 O 0 1 0 0 N1 0 0 G0 0 z l 粗车 2轴起点 Nl l 0 WHI L E 1 1 0 GE O D O 1 坐标 大于等于 0 开始循环 N1 2 0 I F x GT 8 G OTO N1 3 0 如 坐标超出抛物线开 口宽度 8 NI 3 0G0 1 z 一1 6 1 0 1 FI 5 车削到 z 一1 6 精车余量 为 止 N1 4 0 I F X L E 8 GOT O NI 4 0 如 z坐标在抛物线开 口宽度 以内 开始循环车 削 NI 5 0 G0 1 z 一x x 4 1 0 1 F 1 5 用抛物线 方程计算 z坐标 并保 留精加工余量 Nl 6 0 X X 一 1 0 0 z自减 准备下一次循环 N1 7 0I Fx 0G OTON1 9 0 如 z 一0加工结束 N l 8 0 END l Nl 9 0 Go o X 2 0 0 Z 1 0 0 返 回换刀点 2 3 3 精车路线 在给定精车背吃刀量的情况下 角度的细微变 化能精确反映加工点坐标值的变化 因此可 以采用 n 角度变化量近似拟合抛物线曲线 完成抛物线精加工 程序如下 N2 0 0 GO O Z 1 o X O o 精加工起点 0 o 1 O N2 1 0 G9 6 G6 4 S 1 0 0 0 FI 0 恒定圆周 速度控制 连续路径加工 N2 2 0 G0 1 Z 0 直线插 补 切人工件 N2 3 0 WHI L E a t 1 2 0 L T 9 O DO 2 角度小于等于 9 0 准许循环 N2 4 0 1 2 0 I 2 O 1 角度从 0开始 白加 每次增加 I N2 5 0 G0 1 x 一4 TANE 1 2 o z 4 TAN 1 2 0 TAN 1 2 o 计算角度对应坐标点 N2 6 0 END 2 N2 7 0 GO 0 X 2 0 0 Z 1 0 0 返 回换刀点 曲线加工完成 3 总结 数控编程是 目前 C AM 系统中能明显提高效益的 主要环节之一 本文采用F ANUC 一0 T数控系统提供 的宏指令编程模式 运用参数化编程模式来探讨解决 一 般中低档经济型数控系统不能直接加工非圆曲线的 问题 在数控机床的应用 日益普遍的情况下 通过调 整编程模式 充分挖掘数控系统的潜力 拓展数控机 床的使用范围 以提高数控机床的加工能力 对工厂 的实际生产具有一定的借鉴价值 参考文献和英文摘要转第 1 6 7页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2 0 1 1 年 第 2 期 机 械 工 程 与自 动 化 1 6 7 8圈后的螺纹几乎不受力 因此增加螺母 的高度不能 提高螺栓的连接强度 重要的是使螺母受力均匀 为 解决这一问题 可将螺母设计成如图 5所示结构 这 样既将受力最大的螺纹切除 又可保证环槽 内的螺纹 受拉伸应力 而其余螺纹受压缩应力 为使螺栓紧固 后螺纹载荷均匀 亦可从螺栓人手 如图 6所示 在 螺栓末端加工一锥形孔 再结合相应的螺母 能在一 定程度上促使螺纹结合部位载荷均匀化 以避免振动 疲劳首先损坏螺纹受力最大的丝牙 卜 图 1 抗振螺栓结构形式 图2杆中心钻孔 图3球面螺母 2 4涂覆 粘接 剂 图 4 载荷分布 在中间螺纹段 如图 7 B段所示 涂覆粘接剂 外 套塑料套管封装 粘接剂主要成分为环氧树脂 在融 化状态装配 塑料套管破损 粘接剂流出填人装配间 隙中 待一定时间后粘接剂固化 此时螺栓通过粘接 剂与装配件固为一体 其 目的是借用非金属材料具有 一 定的吸振能力 以降低振动对螺栓的影响 依据使 用要求 可选取不同牌号及类型的粘接剂 图5卸载螺母 图6螺纹载荷均匀分布 图 7涂 覆 粘 接 剂 3结束语 为提高螺栓的抗振性能 避免低应力作用下 出现 早期断裂 需从材料的选取 结构布置 加工工艺以 及载荷的分布等多方面进行分析和设计 尽可能使长 螺栓只承受轴向力 避免其他附加应力的作用 特别 是用于某些重要场合 的螺栓 可采用多种方法以减少 螺纹处的应力集 中 使其承受的载荷均匀分布 参考文献 E l i 彭拾义 减振器 M 北京 国防工业出版社 1 9 7 9 2 机械设 计手 册 编委会 机械 设计 手册 第 3卷 M 北 京 机 械 工 业 出 版社 2 0 0 4 An t i v i b r a t i o n De s i g n o f Bo l t e d J o i n t YI J i n a n No 71 0 Re s e a r c h De s i g n I n s t i t u t e Yi c h a n g 4 4 3 0 0 3 Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r g i v e s a b r i e f a n a l y s i s a n d d e s c r i p t i o n o f t h e m a i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e v i b r a t i o n r e s i s t a n c e o f b o l t e d j o i n t Ac c o r d i n g t o t h e ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s a n d s t r u c t u r a l f o r m o f t h e f a s t e n e r c o mb i n i n g wi t h t h e d i s t r i b u t i o n o f l o a d wi t h e q u a l s t r e n g t h d e s i g n we c a n i n c r e a s e t h e v i b r a t i o n r e s i s t a n c e o f a b o l t e d j o i n t b y p r o p e r l y r e d u c i n g i t s s t i f f n e s s a n d d e c r e a s e t h e s t r e s s c on c e nt r a t i on on t hr e a d r oo t whe n t he s t r e ngt h of t he f a s t e ne r me e t t h e r e q ui r e me nt Ke y wo r d s b o l t s v i b r a t i o n r e s i s t a n c e s t r u c t u r e I m I l l l l I l 1 接 第 1 6 5 页 参考文献 1 彝培全 数控机床编程与应用 M 北京 机械工业出版 社 2 0 0 0 2 王永章 杜君文 程国全 数控技术 M 北京 高等教育出 版社 2 0 0 1 Pa r a m e t r i c Pr o g r a mm i ng f o r NC Tu r ni ng HUANG Xi a o do ng CHEN Sh ua ng J i a n gx i Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o gy Ga n z h o u 3 4 1 0 0 0 Ch i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e s a p r a c t i c a b l e wa y o f p a r a me t r i c p r o g r a mmi n g b a s e d o n t h