【《数控机床非圆二次曲线宏程序模块化编程分析案例》3300字】

数控机床非圆二次曲线宏程序模块化编程分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u14981数控机床非圆二次曲线宏程序模块化编程分析案例 1207311.1宏程序加工的程序运算逻辑 1130131.2典型非圆曲线建模 2261831.2.1椭圆宏程序建模 299521.2.2抛物线宏程序建模 3252101.2.3双曲线宏程序建模 4196891.3模块化设置 5137211.3.1椭圆的类型 5175421.3.2椭圆的模块化设置 9148381.3.3抛物线的模块化设置 111.1宏程序加工的程序运算逻辑通过上述研究过程发现，宏程序是以变量的组合和逻辑结构的运算，来完成复杂的数学计算。在对二次曲线进行编程加工时，本次研究发现宏程序段有着一个完整且较为复杂的逻辑结构[47]。宏程序加工的流程图如图1.1所示。图1.1宏程序加工流程图为此本研究设想能不能对二次曲线的宏程序段进行模块化设置，使之成为一个单独的模块，用于储存，调用在使用时只需简单的修改特定的参数，就可以完成对整个曲线段的编写而不要重新进行编写，简化编程过程，可以极大地提高编程速度[48,49]。为此需要对非圆二次曲线进行建模分析。1.2典型非圆曲线建模对典型非圆曲线建模，建立自己的宏程序编辑程序库，可以极大的提高编程的效率，节省编程时间。1.2.1椭圆宏程序建模椭圆是非常典型的非圆曲线之一，在很多的零件加工中都能看到如圆曲线的身影。建立椭圆宏程序模型很有必要性。（1）椭圆的表示方法有两种，一是椭圆的标准方程，另一种是椭圆的参数方程。椭圆的标准方程：eq\f(x2,a2)＋eq\f(y2,b2)＝1其中的a代表椭圆X轴的半轴，b代表椭圆Z轴的半轴。（2）椭圆宏程序编程的流程此处以IF条件语句为例研究椭圆宏程序的编制流程为：①给自变量赋初始值，②指明因变量赋值表达式，③执行切削指令，④指定自变量的步距，⑤设置循环条件，⑥程序结束。（3）1.2图1.2椭圆零件模型（4）1.1所示。表1.1椭圆编程模型程序O5001程序段号程序内容N10#1=bN20#2=2a*SQRT[1-[#1*#1/b*b]]N30#3=#1-bN40G01X#2Z#3N50#1=#1-0.1N60IF[#1GEO]GOTO201.2.2抛物线宏程序建模抛物线在零件轮廓曲线出现的概率非常大，像常见的奖杯，就有抛物线的使用，所以分析抛物线的宏程序编程模型也是很有必要的。（1）抛物线的标准方程为：y=ax2+bx+c（2）抛物线编程模型的建立如图1.3所示。图1.3抛物线零件模型（3）编制抛物线标准方程的宏程序模型程序如表1.2所示。表1.2抛物线编程模型程序O5002程序段号程序内容N10#1=aN20#2=a*#1*#1+b*#1+cN30G01X[2*#1] Z-#2N40#1=#1+0.1N50IF[#1LEmGOTO201.2.3双曲线宏程序建模双曲线也是常见的轮廓曲线之一，由于与椭圆的方程有很大的相似之处，在编程时要分清是哪一条双曲线轮廓。（1）双曲线的标准方程:（2）1.4所示。图1.4双曲线零件模型（3）1.3所示。表1.3双曲线宏程序O5003程序段号程序内容N10#1=0N20#2=2a*SQRT[1+[#1*#1/b*b]]N30G01X2*#1Z-#2N40#1=#1+0.1N50IF[#1LEmGOTO201.3模块化设置通过上述三段宏程序，我们可以发现椭圆的宏程序表达关系式为#2=2a*SQRT[1-[#1*#1/b*b]]，双曲线的宏程序表达关系式为#2=2a*SQRT[1+[#1*#1/b*b]]，抛物线的宏程序关系表达关系式为#2=a*#1*#1+b*#1+c。其中我们可以将椭圆和双曲线的关系式融合成一个关系式#2=2a*SQRT[1(-/+)[#1*#1/b*b]]，通过宏程序关系式我们不难发现曲线的曲率大小，长短受到参数a,b的影响，所以可以通过改变a,b来改变曲线的形状。可以将三种曲线进行模块化设置[50~56]。将三种曲线各自的宏程序段，进行独立，生成模块。然后通过使用程序的调用指令加以使用，结合实际案例进行演示。1.3.1椭圆的类型在进行模块化设置时，需要分析曲线在零件结构中的出现的形态，然后加以分析使之程序模块能应用到不同类型的曲线加工中。在实际加工中椭圆曲线有两大类型：1.椭圆中心与工件坐标系原点重合；2.椭圆中心与工件坐标系不重合。工件坐标零点与图形原点重合的椭圆图1.5坐标系重合如图1.5所示椭圆坐标轴与工件坐标系重合。以Z向为自变量，等间距直线法拟合，设步距为l，则编制宏程序如下表1.4。表1.4宏程序O8001程序内容程序含义O8001N10#1=bN20G01X0Z#1F0.2起点定位N30#2=2a*SQRT[1-[#1*#1/b*b]]X坐标赋值计算N40#3=#1-bZ坐标改变N50G01X#2Z#3椭圆加工N60#1=#1-lZ坐标赋值N70IF[#1GE-b]GOTO30循环判别N80G01X#2Z-b终点定位2.工件坐标零点偏移的椭圆图1.6X向偏移1）X向平移如图1.6所示将椭圆坐标原点沿X方向向上平移距离d，所以椭圆上的点的X方向上的坐标值都增大2d，因此只需对程序O8001中#2（即X坐标值）修改为：#2=2[a*SQRT[1-[#1*#1/b*b]]+d}；当椭圆坐标原点向下移动距离为d时，椭圆上半部分各点的X值都减小2d，则修改为：#2=2[a*SQRT[1-[#1*#1/b*b]]-d]；在实际中，作为回转体零件，椭圆永远只会在坐标系的上部位，所以X值永远为：#2=2[a*SQRT[1-[#1*#1/b*b]]+d]；2）Z向平移图1.7Z向偏移如图1.7，将椭圆坐标原点沿Z轴方向向右偏移移，设距离为f，因此椭圆的Z向坐标值都将增大f，因此只需对程序O8001中#3（Z坐标值）修改为：#3=#1-b+f；当椭圆坐标原点沿Z轴方向向左平移距离f，椭圆上各点的Z向坐标值都将减小f，那么#3=#1-b-f；在实际加工中，工件在坐标系的负方向，刀具有正方向往负方向进刀，所以只需要#3=#1-b-f。3.任意位置的椭圆曲线通过上述，可以将椭圆的宏程序整理出一个通用的表达式即X方向为：#2=2[a*SQRT[1-[#1*#1]/b*b]+d]在实际生产中，椭圆可能不是一个完整的椭圆，起点可能在的任意一点，Z方向的任意一点定义为f,则z方向的坐标为：#3=#1-b-f因此可以编辑任意位置的任意椭圆弧长，为了区分程序中变量和常数，通过用#n(n=1,2,3,4)表示变量，用英文字母表示常数。任意位置的程序如表1.5所示。表1.5椭圆宏程序模版程序内容程序含义N10#1=椭圆的起始位置椭圆上Z点到椭圆中心的距离N20#2=椭圆的终止位置N30a=短半轴X方向的半轴N40b=长半轴Z方向的半轴N50e=X向的偏移N60f=Z方向的偏移N70#3=2[a*SQRT[1-[#1*#1]/b*b]+d]N80#4=#1-b-fN90G01X#3Z#4F20N100#1=#1-0.1N110IF[#1GE#2]GOTO701.3.2椭圆的模块化设置可以将上述程序段作为单独的程序或模块使用。以法兰克系统为例，本次研究将此段程序作为子程序调用使用。如图1.8，椭圆Z向左偏移了89.26mm，X向偏移了51.27mm，椭圆的起始点坐标值为（84.9，-21.07），椭圆的终止点坐标为（59.5，-141.99）。因为椭圆的Z向坐标变化量较大，故选Z向作为自变量。编制宏程序如下表1.6所示。图1.8椭圆零件表1.6宏程序O1101程序内容程序含义O1101M3S600F0.2T0101G0X84.9Z-21.07G73U6R7循环车G73P10Q100U1W0F0.2N10G1X48Z-21.07#1=84.9Z坐标赋值N30#2=2SQRT(4040-#1#1)X坐标赋值G1X[-#2+242]Z[#1-62]#1=#1-0.1IF[#1GE-141.99]GOTO30N100G1X59.5Z-179.69G0X100Z100M30也可以使用调用子程序功能对此图形进行编程,如表1.7所示。表1.7主程序及子程序主程序子程序O0023O340M3S600F0.2（粗加工）#1=84.9T0101#2=-141.99G0X84.9Z-21.07a=40.15G73U6R7b=67.4G73P10Q100U1W0F0.2e=51.27N10G1X48f=89.26Z-21.07（加工直线）N70#3=2a*SQRT[1-[#1*#1]/b*b]+2eM98P340L1（调用子程序加工椭圆）#4=#1-b-fN100G1X59.5Z-179.69（加工直线）G01X#3Z#4G0X100Z100#1=#1-0.1M30IF[#1GE#2]GOTO70M99虽然都是采用宏程序编程，但是通过上面的两种方法的对比，本次研究可以发现使用子程序编程的方法更加简单。主程序会非常的短小，而且易懂。而且设置子程序也非常简单，只需要修改特定的参数即可，不需要进行计算，变量关系式的转换。也可以将此段程序通过PLC语言编写，使之成为机床的编程系统的程序模块，在需要使用时用G代码调出，然后修改模块中的参数即可，而不需要重新编程[57~59]。如此可以大大简化编程，降低编程难度，提高编程的准确性和速度。如：G66P340L1。虽然使用子程序调用也可以达到模块使用功能，但子程序在使用和储存过程中容易发生丢失，占用机床程序的存储空间。而使用模块程序的存储更加稳定，不容易发生丢失和被破坏。1.3.3抛物线的模块化设置因为双曲线与椭圆线在宏程序的关系表达式是相同的，所以这里不在讨论双曲线的类型。抛物的类型在实际中也存在着原点重合，X向偏移，Z向偏移，和任意方向的抛物线。如图1.9所示，抛物线的顶点在工件坐标系原点，根据程序O5002可以得出下面宏程序段，如表1.8。图1.9顶点与工件坐标系重合表1.8抛物线宏程序段程序内容程序含义N10#1=0N20#2=a*#1*#1+b*#1+c宏程序运算N30G01X[2*#1] Z-#2N40#1=#1+0.1N50IF[#1LEm]GOTO20条件循环当抛物线沿Z向偏移时，如图1.10所示，通过表1.8宏程序段可知，只需在Z向增加一个量既可以，假设Z向的偏移为f,当向左做偏移是f值为负值，当向右偏移时f值为正值。所以偏移后的坐标值为X向不变,Z向增加f,即Z=-#2+f=a*#1*#1+b*#1+c+f。图1.10顶点Z向偏移同样当抛物线顶点沿X向偏移时如图1.11，只需要在X向增加2倍的偏移距离d即可,坐标值X=2[#1+d]。图1.11顶点X向偏移因此可以将任意一段抛物线看作是先Z向偏移，然后再X向偏移后得到的抛物线。如图1.12，取起点为(d,f),终点(m,n)一段抛物线。图1.12抛物