数控车床中抛物线轮廓仿形加工的宏程序编制

制造业信息化 2 0 1 2 年 第3 期 总 第1 1 9 期 机械研究与应用 数控车床中抛物线轮廓仿形加工的宏程序编制 甘艳平 南京信息职业技术学院 机 电分院 江苏 南京2 1 0 0 4 6 摘要 简要介绍宏程序的概念 数学模型的选择 抛物线轮廓的 实现方 法和抛物线轮廓仿形加工原理 根据粗 精加 工的 不同情况 举例编制了相对应的数控加工程序 此方法适用于所有二次曲线的仿形加工 关键词 数控车 参数化编程 仿形加工 宏程序 抛物线轮廓 中图分类号 嗍 文献标识码 A 文章编号 1 D 7 4 4 1 4 2 0 1 2 0 3 0 1 7 0 0 3 Pr o fil e ma c h i n i n g u s i n g mac r o p r o g r a m s b a s e d o n p a r a b o l a c o n t o u r i n n u me r i a l c o n t r o l p r o g r a mmi n g Ga n Ya n p i n g N a n j i n g c o l l e g e o fi n f o r m a t io n t e c h n o l o g y N a n j i n g J i a n g s u 2 1 13 0 4 6 C h i n a Ab 苣 缸 c t T h e c o n c e p t o f t t3 a l O p r o g r a ms t h e s e l e c t i o n o f a ma t h e ma t i c a l mo d e l t h e me t h o d o f p a r a b o l a c o n t o u r i n n u me r i al c o n t r o l p r o g a mmi n g a n dt h e p r o f d e ma c h i n i n g p r i n c i p l e o f p a r a b o l a c o n t o u r a r e i n t r o d u c e d b ri e fl y i n t h i s p a p e r V a r i o u s n u me r i c al c o n t r o l p r o g r a ms u n d e r rou g h p r o f d e ma c h i n i n g a n d fi n i s h p r o fi l e ma c h i n i n g a l e d e v e l o p e d u s i n g ma c r o p r o g r a ms T h i s me t h o d c a n b e u s e d f o r t h e c o n t o u r o f a l l t y p e s o f c o n i c Ke y w o r d s n u m e ri c a l c o n t r o l l a t h e p a r a me t e r p r o g r a mmi n g p r o fi l e ma c h i n i n g ma c r o p r o g r a ms p a r a b o l a c o n t o u r 1 引言 随着人们消费水平和审美水平的不断提高 机械设 计产品越来越多采用曲线外观 典型的如手机产品 对 于曲线零 q t 剀v h 编程直接使用直线插补 G O 1 或圆弧插 补 C 0 2 G 0 3 上是无法完成的 使用计算机辅助编 程 C A M 自动生成程序 编程技术人员必须要熟悉一到 二种三维软件 如 U G P r o E C A X A等 而 且 计算机辅助 编程生成的程序代码长而臃肿 代码不易解读 错误不 易发现 加工时占用内存大 这种编程多数用于结构复 杂零件 对于结构不复杂的曲线零件 作者通过几年来 的数控加工研究 认为使用宏程序编程是很好的解决途 径 既能编程 又能精简代码 且可读性强 笔者以数控 车零件为例 运用 F A N U C系统简述 了运用宏指令实现 抛物线曲线的仿形循环的编制 2 宏程序 宏程序是指采用了宏变量的程序 用户可使用变 量进行算术运算 逻辑运算和函数的混合运算 此外宏 程序还提供循环语句 分支语句和子程序调用语句 易 于编制复杂零件 3 二次曲线的参数化数学模型建立 要插卒 b n r z次曲线零件 首先要对被加工曲线建 立便于计算的参数化的数学模型 二次曲线一般参数化 形式为 f y 1 式中 t 为参数量 t E 0 1 例如 对于 平面第一象 限的抛物线插补 其轨迹计算公式为 a t y X V t b a O 6 0 在插补过程中每一采样周期中 先根据进给速度和 允许误差等求出插补直线段长度 再根据参变量对曲线 弧长的变化率求出该插补直线段对应的参变量增量 通 过参变量的积分求出当前采样周期参变量的取值 将其 带人上述参数化方程 即可计算出插补轨迹上当前点的 坐标值L 2 利用参数化插补方法 插补点总在曲线上 没有累积误差 插补精度高 适合二次曲线的精插补 实际加工中 为方便编程二次曲线可以人工指定参 变量所对应的 方向的步进变量 缸 为固定值 这样简 化了方程 减少了计算时间 插补方式如图 1所示 从 图可以看出只要改变 的值的大小即可实现曲线的参 数化拟合 拟合精度容易控制 图1 参数化拟合原理 图2 抛物线仿形循环加工 4 抛物线参数化宏程序编制 4 1 抛物线轨迹加工工艺分析 依据上述二次曲线的参数化数学模型 能实现对抛 收稿 日期 X 1 2 0 4 1 7 作者简介 甘艳平 1 9 7 9 一 女 湖北鄂州人 硕士 研究方向 机械工程及自 动化 1 7 0 机械 研究 与应用 2 0 1 2 年 第3 期 总 第1 1 9 期 制造业信息化 物线轨迹参数化插补 但是插补轨迹只能实现精加工 如何实现粗加工 目前抛物线加工的难题 作者通过几 年的数控加工研究 认为通过宏程序的循环嵌套从而实 现抛物线的仿形循环加工是解决抛物线零件粗加工的 很好一种途径 4 2 抛物线轨迹仿形循环 仿形循环顾名思义就是使每一次下刀后切削路径 与零件轨迹相 致 对于抛物线就是利用其轨迹的参数 化插补和宏程序的嵌套改变 4 的径向切深 而实现 零件的粗加工循环 这种改变径向切深的嵌套的循环方 法 既可实现抛物线零件的粗加工 也可以实现精加工 原理 如图 2所示 从 图 2可 以看 出 径 向切深 由最大值递减到 0时 就实现 了抛物线的粗加工 循环 同样 如果径 向切深 赋值 为 0时 就是 抛 物线 的精加工 4 3应用举例 加工抛物线零件如图3所示 图3 抛物线零件图 图4 粗加工走刀路线图 锐角例钝抛物线参数化方程 t 2 0 x t t f 2 8 0 1 2 4 3 1 抛物线粗 n r 4 3 1 1 粗加工的工艺参数 根据图2 仿形原理 笔者设定径向切深 初始 值为抛物线轨迹最高点与轨迹最低点的垂直举例 设 定粗加工背吃刀量 u为 1 5 m m 主轴转速 1 5 0 0 r m i n 进 给 量 0 1 5 m m r 留精 车余 量 方 向 l m m 粗加工轨迹如图4所示 4 3 1 2宏程序 编 制 1 宏程序参数如表 1 2 所示 在粗加工中通 过改变样 6 径 向最大切削余 量 的值 实现抛物线的 仿形加工 表 1 宏程序变量参数 变量名称 变量 含义 抛物线 起点坐标 抛 物线 终点坐标 参变量 L 抛物线原点 点坐标 抛物 线原点 点坐标 径向最大切削余量 背吃刀量 a u 编程坐标 z编程坐标 表 2 宏程序变量参数 变量名称 变量含义 抛物线 起点坐标 抛物线 终点坐标 参变量 抛物线原点 点坐标 抛物线原点 点坐标 半径方向最大切削余量 背吃刀量 u 编程坐标 Z编程 坐标 2 F A N U C宏程序编制如下 抛物线粗加工 F A N U C宏程序 1 0 0 0 G21 G9 9 G 40 TO1 01 M03 S1 5 0 0 G O X 8 0 Z 一 1 0 定义粗加工循环起点 考虑抛物线 被加工余量 M08 6 1 2 最大切削余量 U 一 2 7 1 5 N 1 群 1 2 0 抛物线 z起点坐标 2 一 2 0 抛物线 z终点坐标 3 1 粗加工使用大的参变量 槲 一 3 0 抛物线原点编程点 坐标 2 1 4 3 抛物线原点编程点 坐标 N 2 8 2 1 1 2 8 2 lc 6 9 2一 4 G 1 X 8 z F D 1 5 1 l 一 3 I F 1 G E 2 G O T 0 2 GoO U2 Z一1 0 柏 0 6一 舯 I F 6 G TO 5 G O T O1 毛坯余量大于 0 5就跳 转 留 1 mm余量精加工 Go 0X1 5 0 Z2 0 0 M3 0 4 3 2 抛物线精J m r 依据图 2抛物线仿形加工原理 抛物线精加工就 是刀具沿参数化插补轮廓轨迹走刀 所以只要把粗加 工循环中 径向最大切削余量 的值赋值为0 减小 参变量值 就实现抛物线的仿形精加工 F A N U C宏 程序编制如下 抛物线粗加工 F A N U C宏程序 02 0 0 0 G2l G99 1 71 姗 妮 奶 辫 拍 婀 船 规 舵 鹕 辨 拍 婀 坶 制造业信息化 2 0 1 2 年 第3 期 总 第1 1 9 期 机械 研究与应用 G4 0 TO1 01 M0 3S 2 0 0 0 G O X 5 2 Z 1 0 定义精加工循环起点 MO8 I 6 0 7 1 5 N l撑 1 2 0 抛物线 z起点坐标 群 2 一 2 0 抛物线 z终点坐标 3 O 1 精加工使用小的参变量 4 一 3 0 抛物线原点编程点 坐标 5 2 1 4 3 抛物线原点编程点 坐标 N 2船 2 1 1 2 8 2 6 0 2一 G I X 撑 8 z F 1D 1 5 撑1 l 一 3 I F 1 G E 2 G O T O 2 Go 0 U2 Z l 0 柏 拍 一 7 I F 样 6 G m 5 G O T O 1 G0 0X1 5 0 Z2 o 0 M3 O 5 结语 利用 F A N U C宏程序对数控系统 的指令 系统进 行二次开发 实现了抛物线轨迹仿形循环加工 对于 其他二次曲线 只需在本方法中改变曲线的插补方程 数控车床中抛物线轮廓仿形加工的宏程序编制即可 实现 这样大大扩展了数控机床功能 参考文献 1 L i n X u P a r a me t ri c c u r v e i n t e r p o l a t i o n b y c o m b i n a t i o n o f t w o c o n i c s e c i o n s J C o mp u t e r s g r a p h i c s 2 0 0 8 3 2 6 6 5 5 6 5 9 2 韩亚利 王建平 二次曲线插补算法研究 J 新技术新工艺 2 0 0 7 1 1 2 8 3 0 3 夏端武 李茂才 F A N U C数控车编程加工技术 M 北京 化学 工业 出版社 2 0 1 0 4 李继平 数控车床编程中椭圆轮廓的宏程序实现 J 四川职业 技术学 院学报 2 0 0 9 1 9 2 8 8 9 0 上接 第 1 6 7页 a s m m b r 分类 标准件 借用件 成件 a s m m b r 分类 成件零件 辅助性材料 a s m mb r 分类 螺钉 垫圈 螺母 销 标准紧固件部分包含 4个重复区域 过滤器设置 相对比较简单 4个重复区域依次代表螺钉 螺母 垫 圈和销 过滤器 内容如下 a s m m b r 分类 螺e l 螺母 垫圈 销 这些在应用时 只要在创建零组件模型时正确设 置表 1 所示 的分类参数即可 4 重复区域属性重复区域属性均设置为无 重复记录 递归方式 按零件混合 非缆信息 将最小 重复设置为 0 这 样 当没有 满足过滤条件 的零部件 时 明细表不会产生多余的行 在标准紧固件部分有 上接 第 1 6 9页 4个重复区域 但是它们属于同一大类 所以它们的 序号应该是连续的 需要设置后 3个重复区域的起始 索引依次连续前一个重复区域 3结论 P r o E软件参数化设计功能十分强大 在简短的 篇幅里难以完全阐述清楚 但本文详细给出了工程图 明细表的制作步骤 读者结合自己理解一定能制作出 适合 自己企业情况的明细表模板 在应用 中通过不断 完善 一定能大大提高绘图效率 参考文献 1 王美聪 P m E工程 图的参数化标准 图框模板 开发 J 机械设 计与制造 2 0 0 7 9 1 7 1 2 孤峰醉酒 P r o E N G I N E E R工程图白金手册 M 北京 人民邮 电出版社 2 0 0 4 图 6 后 处理 N C程序 图 7 后处理 N C程序 开头界面 开头界面 器导出的 N C程序不加修改 即可适用 于 G S K 9 8 3 M数 控系统 实际专用后处理器可在很犬程度上节省后 72 处理程序的编辑修改时间 不