数控车非圆曲面螺纹编程与加工的探讨

加工 技 术与 x A t y A t t 为参数 将参数变量 在它的定义 域 内以微小 的步进距 离 逐渐增加 或减小 分别求解 两个变量 和 Y 的值 宏指令 编程 属于高级语言 编程 它可 以在数控 程序 中 使用变量 通过对变量进行赋值 变量问可 以进行算 术运 算 逻辑判断和跳转等操作 对上述 曲线 轮廓 的加工 笔者认 为 求 出曲线 上任意 一 个节点的坐标值后 即可运用宏 程序的循环语句 WH I L E 或转 向语句 G O T O编程 用直线插补 G1 指令进行 逼 近 加工 而对 于同一类 中的相似零 件 用宏指令对该 组中某 一 零件所 编的程序 每次 只需 改变其中变量 的赋值 就可 以加工该组 中的其它零件 2 2编 程 方法 以图 4椭圆 曲线轮廓为例 分别用 两种方法编程 一 一 一 l Q z 一 I 一 一 1 x 图 4 椭 圆曲线轮廓 1 以长度 直径为变量的宏 指令 编程 椭圆的标准方程兰 鲁 1 8 b 分别为椭圆长 短 a D一 半轴 如果以Z 口 0 为变量 则x b 1 一 那 V a 么宏程序编制如下形式 O X X X X F A N U C系统 1 a 赋值 l为 a长半轴 2 b 赋值 2为 b短半轴 3 l 3为 Z 向为 变 量 WH I L E 3 G E O D O 1 当 z方 向变量 大于 等 于 0时 执行以下 WH I L E至 E N D1 程序段 4 2 2 S Q R T 1 3 3 1 1 1 计算 4 x方 向的坐标值 G1 Z 3 X 4 线上某一 节点 3 3 0 1 ENDl 直径 编程 方式 直线 插补 至 曲 Z方向步距减少 O 1 结束循环 2 以角度为变量的宏指令编程 椭 圆的参数 方程 o 如 x b s i n b 咖为参 数 如 以 参数 0 9 0 为变量 那么宏程序 编制 如下形式 O X X X X F A N U C系统 1 0 1 为 西参数的变量 2 a 赋值 样 2为 a长半轴 3 b 赋值 3为 b短半轴 WH I L E 1 L E 9 0 D O1 当 咖变 量 小 于 等 于 9 0 时 执行 以下 WH I L E至 E N D1 程序段 4 2 C O S 1 计算 4 Z方 向的坐标值 5 2 3 S I N 1 计算 5 X方 向的坐标值 G1 Z 4 X 5 直径 编程 方式 直 线插 补至 曲线上某一 节点 l 1 l 步距增加 1 E N D1 结束循 环 上述两种方法编程 应 注意 以下几点 1 工件 的精度 与编程变 量 的步 进距离 有关 步距值 越小 加工精度 越高 但 是会造 成数控 系统工 作量加 大 影响进给速度 的提高 从 而降低加工效率 因此在满足加 工要求前提下 尽可能选取较大 的步距 2 上述 的宏程 序具有通 用性 即每次 只需改变 其 中 变量 的赋值 如椭 圆长半轴 短半轴赋值 就可 以加 T同 一 类 的相似零件 而对 于其它非圆 曲线 如 双曲线 抛物 线等 轮廓 的编程 只需 改变其 中变量 的表 达式 即可 如 双 曲 线 一 鲁 1 以Z 为 变 量 则x b 一 1 b 3 对于非 圆曲线轮 廓 的轴 中心 与工件轴 线 Z轴不重 合 的零件 需要将 工件 坐标系进行偏置 然 后按上述 的方 法进行加工 3非 圆曲面螺纹加工宏程序 的编 程方法 F A N U C系统螺 纹加 工指 令有 G 3 2 G 9 2 G 7 6 但对 于非 圆曲面螺纹加工 数控 系统则没有现成 的螺 纹加工指 令 本文 图 2工件 的编程正是利 用 G 3 2螺纹指令结合非 圆 曲线轮廓宏程 序编写的 其 中 G 3 2螺纹切 削指令格式为 G3 2 X U Z W 一 F 一 式 中 X U z w 为螺纹切削 的终点坐标值 x U 值省略时为圆柱螺纹切削 Z W 值省 略时 为端面螺纹切削 F值为导程 螺距 线数 同样地 笔者分别 以直 径 长度和角度 为变 量探讨其 宏指令编程方 法 I 以直径 和长度 为变量 的编程 在图 5上 椭 圆只是 给出长半轴和短半轴 这时可方 便列 出椭 圆的标准方程 通 过改变直径 和长度 变量的值结 合 G 3 2螺纹切削指令来编写宏程序 程序如下 O X X X X F A N U C系统 技术 与机床 椭圆长半轴8 0 短半轴5 0 3 J L J L L L L l Q 1 一 1 4 5 5 x O3 4 2 9 卜 6 I 椭圆中心 图 5 椭圆曲面三角螺纹零件 图 l 4 l G O X I O 0 Z I O 0 建立工件坐标 系 换刀点 M 3 S 1 2 0 0 主轴正转 T O 1 0 1 选择 1号外 圆刀 M8 G 0 X 4 2 Z2 G 9 0 X 4 1 Z 一 6 0 F 0 1 5 利用外圆切削循环加工外 圆 GO X1 00 Z1 O 0 M3 5 0 0 T 0 2 0 2 选择 2号刀宽为 3 mm切 断刀右刀尖对刀 G0 X4 2 Z一 3 1 G1 X3 4 F0 05 G0X42 Z一 29 G1 X3 4 Z 31 GOX1 00 Z1 0 0 TO1 01 M3 3 0 0 G0X1 0 0 Z1 0 0 G0 X42 Z3 切 削 5 x q b 3 4退 刀 槽 返回换 刀点 选择 1 号外 圆刀 1 1 4 5 椭圆 z方 向长度变量 定义变量 1 N1 0 2 l 1 3 5 0 S Q R T 1 一 2 6 4 0 0 3为椭 圆 X方 向短 半轴变量 将 2代人椭 圆的标准方程所得 4 2 6 9 7 3 因为椭 圆圆心 x方 向偏 离 坐标轴 6 9 7 5 1 1 4 5 坐标原点 1 4 5 G1 X 4 Z 5 F 0 05 因为椭圆 圆心 Z方 向偏 离 凹椭 圆面加工 1 1 一 l Z方 向变化量 每次减少 1 I F 1 G E一 1 5 5 G O T O 1 0 宏程 序判 别 式 当 1 大于等于一 1 5 5返回 N 1 0程序段 其 中 1 5 5 1 4 5 1 1 为椭圆延长距离 GO X 1 0 0 Z 1 0 0 返 回换刀点 T 0 3 0 3 选择 3号螺纹车刀 GO X 4 2 Z 3 定位 准备加工椭 圆面上的三 角螺纹 注意 z值为一个导程 螺距 线数 6 O 4 螺纹第一 刀车入深度 WHI L E 6 L E 0 8 D O 2 当 6少 于 等 于 0 8 执行 WH I L E至 E N D 2程序段 1 1 4 5 椭圆 Z方 向长度变量 定义变量 1 N20 2 1 1 3 5 0 S Q R T 1 2 1 6 4 0 0 3为椭 圆 X方 向 短半轴变量 将 2代人椭 圆的标准方程所得 舶 2 6 9 7 3 一 6 椭 圆 面上 三角螺 纹 X坐标值 5 1 1 4 5 椭圆面上三角螺纹 Z坐标值 G 3 2 X 4 Z 5 F 3 加 工椭 圆面上 三角螺 纹 导 程 为 3 l 1 3 每次变化一个导程 I F 1 G E一 1 5 5 G O T O 2 0 宏 程 序 判 别 式 当 1大于等 于一 1 5 5返 回 N 2 0程序段 G0X4 2 Z3 6 6 0 2 END2 G0X1 00 Z1 00 M3 0 返 回螺纹加工定位 点 螺纹深度 每次增加 O 2 2 以角度为变量的编程 只要正确计算 出变量角度 并将 数据代人椭 圆参数 方 程 编程就很方便 如图 6所示 椭 圆起点 的变量角度 1 和终点 的变量角度 2 计算步骤如下 1 在椭 圆中心 以短半 轴 5 0为半 径作一个小 圆 再 以 长半轴 8 0为半径作一个 大圆 再 画出长半 轴 8 O 短半 轴 5 0的椭圆 A D为所要加工 的凹椭 圆面 2 延长 B A与椭圆中心线交于 C点 3 因为 Z A c o s b 所 以 O C O B C O S Z B O C为所 求 而不是 O C O A C O S AO C 这点要 注意 因为椭 圆比较特 殊 跟 圆有所 区别 一不小心就 会弄错 又因为 已知 O C 1 4 5 OB 8 0 所 以 C O S BO S 1 4 5 8 0 0 1 8 1 2 5 a r c c o s B O C 7 9 5 6 即椭圆起点的变量 角度 1 7 9 5 6 4 因为A D关 于椭 圆圆心对称 所 以椭 圆终点 的变量 角 度 2 1 8 0 1 1 0 0 4 4 如果 以上 图形用 C AD软件作图 可直接标注 1 2 I 釜 I 薹 鋈 I 一 l 一一 一 一一 c 一 一 一 f I 1 雎 塑 C I 一 图 6 椭 圆起 止角度 的计算 程序如下 O X X X X F A N U C系统 切削外圆与切削 5 3 4退刀槽 的程序 同上程序 G O X1 0 0 Z 1 0 0 建立工件坐标系 换刀点 M3 S 3 0 0 主轴正转 T 0 1 0 1 选择 1 号外圆刀 M8 1 7 9 5 6 椭 圆起 点的变量角度 2 1 0 0 4 4 2 椭 圆终 点的变量角度 2为引 出 距 离 WHI L E 1 L E 2 D O 1 当 1 小 于或等于 2时 执行 WH I L E至 E N DI 程序段 3 8 0 C OS 1 4 5 0 S I N 1 1 5 2 6 9 7 一 枇 4 6 拌 3 1 4 5 G1 X 5 Z 6 F 0 0 5 加工凹椭圆 1 l l 角度变化量 每次增加 1 END1 G0 X1 00 Z1 0 o T03 0 3 G0 X 4 2 Z3 7 o 4 螺纹第一刀车人深度 WHI L E 7 L E 0 8 D O 2 当 舯 少于 等于 0 8 执 行 WH I L E至 E N D 2程序段 1 7 9 5 6 椭 圆面上螺纹起点 的变量角度 2 1 0 0 4 4 2 椭圆面上螺纹 终点 的变量 角度 2为引 出距离 WH I L E 1 L E 2 D O 1 WHI L E至 E N D 1程序段 3 8 0 C O S 1 4 5 0 S I N 1 5 2 6 9 7 一 舭一 7 6 3 1 4 5 G3 2 X 5 Z 6 F 3 导程 为 3 1 样 1 1 END1 G0 X4 2 Z 3 7I 7 0 2 END2 G0X1 0 0 Z1 00 M3 0 当 1 少 于 等于 2执行 加工 椭 圆 面 上三 角 螺纹 角度变化量 每次增加 1 返回螺纹加工定位点 螺纹深度 每次增加 O 2 笔者对上述两种编程方 法用 V E R I C U T 7 0软件仿 真和 用 数 控 机床 进 行 工 件 加 工 结 果 如 图 7和 图 8所 示 验 证 了程 序通过 4编 程 方 法 可 行 性 的分析 从 两 个 椭 圆 曲 面 三 角螺 纹 宏 程 序 中 可 看 出 由于 椭 圆 是 非 圆曲线 整 个 椭 圆 曲 线 是 由无 数 段 长 度很 短 的直 线 逼 近 所 以 无论 是 直 径 长 度 的变 量 还是 角 度 变 量 每 次 增加 或 减 少 量 的 大 图 7 工件仿真图样 小 都会 直接影 响最后螺 纹的加 工表 面质 量和加 工精度 即宏程序每次 的变化量 与加工 的表 面质 量 加工精度有直 接关系 在实际应用 中应 当注意 匿蕊 互 l 图 8 椭圆曲面三角螺纹图样 下转第 1 5 6页 交流 降低短路初期 电流 以及短路小桥 破断瞬间 的电流 减 3 b 桥 电爆炸能量 达到降低飞溅 的 目的 过去的焊机采用 改 变回路接入 电感来调节 效果 非常有 限 表 2为不 同焊丝直径合适的电感值 表 2 适合不同焊丝直径 的电戚值 3 采 用新 型逆 变焊 接电源 美 国林 肯公 司建 立在逆 变焊机基 础上的表 面张力过渡 s T r 专利 技术使 这一 问 题基本得 以解决 C O 2 焊 熔 滴 过 渡 的最 新 成 果 S 订 S u r f a c e T e n s i o n T r a n s f e r 表面张力过 渡 美国林肯公 司专利 已有商 品 焊机 其 主要技术特点有 能在微秒级 内产生过渡和改变 电流 专 门针对半 自动焊接 焊接速度 送 丝速度和伸 出 长度 都在变化 而设计 电源可 以适应不 同 的保 护气体 包括 1 0 0 C 0 2 C O 2 与 A r 甚至 H e的混合气体 该技术主要优点 能显著地减少飞溅 如图 3所示 易于焊接 伸出长度变化时电弧仍保持稳定 允许更大 的焊枪角度变化 电弧辐射更低焊接烟尘更少 能降低 薄板焊接时的热输人 焊缝外观更光滑 如图4所示 3结语 在工 业生 产中 应根据飞溅产生 的原 因 灵活采取适 当的措施 减小飞溅 的产生 随着焊接技术 的不断发展 新 型电源 新型控制技术 的大量应用 C O 焊接 的飞溅问题 a 无 b 有 图 3 有无 技术焊接产生飞溅对 比罔 a 无 S I T焊接焊缝外观 b 采J I j S T F焊接焊缝外观 图 4 S I T技术与普通焊接技术对 比 将会得以彻底 解决 参考文献 1 陈祝年 焊接 工 程 师手册 M 北 京 机械 工 业 出版 社 2 0 0 2 2 王长 忠 焊 T 工艺与技 能训 练 M 北 京 中 国劳动 出版 社 2 00 6 3 张强勇 尹 素平 CO 气体 保护焊 产生飞溅 的原因及 防止措 施 U 现代焊接 2 0 0 8 0 4 4 I 一 4 1 4 4 作者简介 郑海生 男 1 9 7 3年生 河 南延 津人 大学 本科 研 究领域 焊接安全 焊接质量控制 焊接电源 已发表论文 5篇 f 编 辑 王 智 圣 上接 第 1 1 3页 从 以下几 方面 来分析 两种 编程方 法 的联 系 与区别 1 计算量 和编程难易程度 用椭 圆角度变量编程需 要 准确计 算出变量 的角度 且计算量较 大 而直径长度变 量 编程无须计 算角度的问题 只须把椭 圆直径和长度数据 代人标准方程 编程方便 2 加工偏差 两者的加工轨迹 虽然一样 但角度 变 量随着角度的变化时 长度 和直 径的增减量不均匀 增 减 量越 大 偏差 越大 又 由于椭 圆曲线是 由无数段长度很短 的直线逼 近 所 以偏差 越大误差就越大 而直径和长度 的 变量 变化均匀 长径之间的偏 差较小 例如 s i n 3 0 0 5 s i n 4 0 0 6 4 s i n 5 0 0 7 7 s i n 6 0 一O 8 7 s i n 7 0