曲線(xiàn)加工的數控編程
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曲線(xiàn)加工的數控編程【1】
【摘要】在無(wú)人機生產(chǎn)過(guò)程中部分零件涉及較復雜的曲線(xiàn)的加工，一般的G代碼編程無(wú)法描述曲線(xiàn)，本文以無(wú)人機兩種零件為例，結合我所的數控加工設備和配置軟件，闡述了復雜曲線(xiàn)的加工方法，對后續生產(chǎn)的零件加工有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】宏程序;G代碼;曲線(xiàn)加工;刀具參數
在數控加工中一般使用G代碼命令來(lái)編程。
G代碼提供了G2、C3、I、J、K、R指令，很容易編制比較簡(jiǎn)單的曲線(xiàn)(圓弧、半圓)數控的加工程序，但對于一些復雜、不規則的曲線(xiàn)，常規的G代碼很難描述清楚。
根據生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)驗，通過(guò)借助一些工具軟件，經(jīng)過(guò)特殊處理，編寫(xiě)G代碼來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題。
常用的方法有兩種：(1)將曲線(xiàn)導入Mastercam軟件，設置一定的參數，自動(dòng)生成數控加工程序。
(2)用G代碼宏程序產(chǎn)生程序的主程序文件，然后手動(dòng)在程序設置刀具參數，成為可加工的程序。
1.利用Mastercam軟件
Mastercam軟件，其廣泛應用于數控加工，界面親和，易學(xué)易用。
如何將AutoCAD文件導入Mastercam，自動(dòng)生成加工程序，以解決G代碼不能解決的復雜曲線(xiàn)問(wèn)題。
以垂尾卡板X(qián)X-XX(見(jiàn)圖1)為例簡(jiǎn)單介紹一下。
操作流程如下：①新建一個(gè)Au-
toCAD文檔，將曲線(xiàn)單獨拷出，另存格式*.dxf文件。
�、诖蜷_(kāi)Mastercam軟件，打開(kāi)*.dxf文件，刪去其他不需要加工的輪廓線(xiàn)，只留樣條曲線(xiàn)。
�、圻x擇加工方式。
�、苌杉庸こ绦�。
具體步驟如下：
第一步，將*.dxf文件讀入Mas-
tercam軟件：檔案→檔案轉換，選擇Autodesk→R讀取→適度化，選擇所有編程的曲線(xiàn)。
見(jiàn)圖2。
第二步，導入Mastercam后，將曲線(xiàn)平移原點(diǎn)：轉換→平移→所有的→圖素→執行→兩點(diǎn)間，選擇曲線(xiàn)起點(diǎn)。
見(jiàn)圖3。
第三步，設置刀具參數：選擇刀具路徑→外形銑削→串聯(lián)→執行，會(huì )彈出刀具參數對話(huà)框，根據需要選擇合適的刀具，選擇合適的切削參數。
該過(guò)程中要需要幾個(gè)重要的參數的確定。
見(jiàn)圖4。
�、偾�(xiàn)打斷成線(xiàn)段的誤差值：誤差值大小決定加工精度，其值越小精度越高，則程序也越長(cháng)，一般取值0.01。
�、诘堆a類(lèi)型：常用的是自動(dòng)補給與手動(dòng)補給兩種。
自動(dòng)補給是根據刀具實(shí)際情況計算出刀具軌跡，生成程序，不用刀補;手動(dòng)補給則不需要考慮刀具的規格，生成刀補的程序。
�、鄣堆a方向：一般根據其加工方式和操作方式而定。
第四步，生成加工程序：回主功能菜單→刀具路徑→操作管理→執行后處理，點(diǎn)擊確定，生成程序*.NC。
見(jiàn)圖5。
第五步，將所生成的程序*.NC存儲到數控加工設備，運行程序。
加工后發(fā)現加工出來(lái)的圓弧并不光滑存在拐點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析：曲線(xiàn)是由許多點(diǎn)按次序連成多線(xiàn)段，由于顯示柵格問(wèn)題，在圖紙中顯示是曲線(xiàn)，但實(shí)際上是多線(xiàn)段，為了使加工曲線(xiàn)光滑，需要把多線(xiàn)段變?yōu)闃訔l曲線(xiàn)。
經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，在A(yíng)uto-
CAD用PEDIT擬合(F)命令，將多線(xiàn)段轉化為樣條曲線(xiàn)，經(jīng)加工試驗后，很好的解決了拐點(diǎn)問(wèn)題。
2.用G宏程序生成程序
以Z80無(wú)人機機頭卡板X(qián)X—XX為例，其外形是個(gè)拋物線(xiàn)，用G指令也很難將它寫(xiě)出來(lái)，Mastercam中也無(wú)法描述曲線(xiàn)。
借用G宏程序來(lái)生成程序主體。
例：機頭外形曲線(xiàn)方程式如下：
0≤X≤300
在Mastercam無(wú)法繪制，用宏程序來(lái)計算離散點(diǎn)，過(guò)程如下：
主程序：
T1M06
G90 G00 G54 S3000 M03
G43 H01 Z100 M08 D01
G00 X300 Y67 Z2
G01 Z-2 F300
………
G00 Z100 M09
G28 Y0
M30
G代碼宏程序：
#1=300
N10
#2=SQRT[#1*15]
G01 X#1 Y#2
#1=#1-0.5
IF[#1GE0]GOT010
#1=0
N20
#2=SQRT[#1*15]
G01 X#1 Y-#2
#1=#1+0.5
IF[#1LE300]GOTO20
宏程序短小精煉，具有很強的適用性，對于一些復雜的方程曲線(xiàn)，可以用C語(yǔ)言(或其他語(yǔ)言)來(lái)描述，其原理和宏程序一樣。
它的原理是：任何曲線(xiàn)都可以分成無(wú)數很短的曲線(xiàn)，每個(gè)很短的曲線(xiàn)都可以近似的認為是一段直線(xiàn)。
當每段曲線(xiàn)的長(cháng)度趨于零時(shí)，與直線(xiàn)的誤差也趨于零。
足夠多的直線(xiàn)連起來(lái)可以替代一段曲線(xiàn)，這樣就把曲線(xiàn)轉化成有線(xiàn)段的直線(xiàn)。
直線(xiàn)的程序很容易實(shí)現，所以問(wèn)題就得到了簡(jiǎn)化。
為了盡可能的減小曲線(xiàn)的誤差，每段曲線(xiàn)長(cháng)度盡可能的短，由于步長(cháng)固定，曲率小的地方誤差小，曲率大的地方誤差大。
3.總結
本文介紹的兩種曲線(xiàn)編程的方法各有的優(yōu)、缺點(diǎn)，可以根據實(shí)際需要，靈活應用，選擇適用的方法。
參考文獻
[1]謝利昌,暢云峰.數控加工的子程序編程技巧[J].制造技術(shù)與機床,1994(11).
數控車(chē)加工非圓曲線(xiàn)編程【2】
摘要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現代化制造業(yè)較之傳統制造業(yè)取得了相當大的進(jìn)步，數控技術(shù)和數控設備是現代化制造業(yè)的基礎，它們的發(fā)展水平關(guān)系到國家的經(jīng)濟發(fā)展、綜合國力和戰略地位，因此，我國在數控技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面采取了重大措施，使我國數控領(lǐng)域得到可持續發(fā)展。
本文簡(jiǎn)要介紹了數控機床的概念，詳細論述了數控加工和數控加工的編程方法，并且重點(diǎn)研究了非圓曲線(xiàn)的編程方法。
關(guān)鍵詞：數控機床;數控加工;非圓曲線(xiàn)加工;編程方法
前言：數控技術(shù)也叫做數字化控制技術(shù)，是一種按照控制程序，控制程序是工作人員用計算機事先編好的，來(lái)執行對機械設備的運動(dòng)軌跡和外設的操作時(shí)序邏輯控制功能，進(jìn)行機械零件加工的技術(shù)，計算機軟件的應用代替了原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，實(shí)現了存儲數據、處理數據、運算數據、邏輯判斷等各種控制機能，是制造業(yè)信息化的重要組成部分。
隨著(zhù)智能化、網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)的發(fā)展，數控技術(shù)向著(zhù)高效率、高質(zhì)量、高精度的方向發(fā)展。
數控技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空航天國防工業(yè)等各領(lǐng)域得到廣泛應用，以提高制造能力和水平，提高對市場(chǎng)的適應力和競爭力，數控技術(shù)的應用是制造業(yè)成為信息化的象征，對我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展起著(zhù)越來(lái)越重要的作用，因此，為實(shí)現經(jīng)濟迅速發(fā)展、提高綜合國力和國家地位，必須大力發(fā)展以數控技術(shù)為核心的現代化制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。
1.數控機床
數控機床也叫做數字控制機床，是一種裝有能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序控制系統，并通過(guò)譯碼，用代碼化的數字表示出來(lái)，通過(guò)信息載體輸入數控裝置，經(jīng)運算處理由數控裝置發(fā)出的各種控制指令，來(lái)控制機床的動(dòng)作，按照圖紙要求的尺寸和形狀，自動(dòng)的將零件加工出來(lái)的自動(dòng)化機床，具有高度柔性、高精度、加工質(zhì)量穩定可靠、加工效率高、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，數控機床能夠很好地解決復雜、精密、小批量、多品種零件的加工。
數控機床的基本組成包括加工程序載體(主機)、伺服與測量反饋系統、數控裝置、數控機床輔助裝置、機床主體。
數控機床在制造業(yè)，尤其是汽車(chē)、航空航天和軍事工業(yè)得到廣泛應用。
目前，數控機床的發(fā)展日新月異，智能化、網(wǎng)絡(luò )化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅動(dòng)化、高效率、高精度、綠色化等成為數控機床的發(fā)展趨勢和研究方向。
數控車(chē)床是集機械、電氣、液壓等多技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品，是目前國內使用量最大、覆蓋面最廣的一種自動(dòng)化數控機床，配備了我們必須使用工位刀塔和動(dòng)力刀塔，其工藝性能具有廣泛性，可以加工成各種復雜的形狀，減小了工作的繁雜程度，同時(shí)還具有各種補償功能，并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。
2.數控加工和數控編程
數控加工工藝的主要內容為：確定工序內容;確定加工方案;制定工藝路線(xiàn);設計加工工藝。
加工路線(xiàn)的確定在加工過(guò)程中具有重要的地位，因為每道工序加工路線(xiàn)的確定都非常重要，它與零件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。
數控機床編程準備的工藝事項，數控機床是一種高效率的設備，若要充分發(fā)揮它的高效率，我們必須掌握數控機床的性能、特點(diǎn)、操作方法等，同時(shí)還要確定加工方案，對于加工方案，我們應根據零件的具體條件，選擇經(jīng)濟合理的工藝方案。
工藝事項包括：工藝劃分、零件裝夾方法、零件的工藝編制。
工序劃分又有按所用刀具劃分工序、按粗細加工劃分工序、按先面后孔的原則劃分工序。
我們要遵守保證精度，提高生產(chǎn)效率的加工工序劃分原則。
3.非圓曲線(xiàn)的編程
隨著(zhù)數控機床的不斷普及，機械加工中常應用到非圓曲線(xiàn)(比如橢圓、雙曲線(xiàn)、拋物線(xiàn)等)零件的，規則曲線(xiàn)的編程方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們對于非圓形曲線(xiàn)編程的需求，非圓形曲線(xiàn)零件具有復雜性、尺寸不一、要求精確度高、品種繁多且批量少等特點(diǎn)，這就迫切需要對非圓形曲線(xiàn)零件的加工編程方法進(jìn)行研究。
非圓弧曲線(xiàn)是作為直線(xiàn)、圓弧插補的一個(gè)補充，其編程方法主要通過(guò)采用數控自動(dòng)編程軟件或者宏程序編程實(shí)現。
3.1.宏程序編程
宏程序加工，是用公式進(jìn)行零件加工的方法。
我們要了解宏程序中的變量、變量間運算指令、控制語(yǔ)句的內容，我們可以使用變量進(jìn)行數學(xué)運算、邏輯運算和函數的混合運算，另外還可以通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句、子程序、分支語(yǔ)句等進(jìn)行各種復雜的零件的加工，宏程序編程適用于拋物線(xiàn)、橢圓、雙曲線(xiàn)等沒(méi)有插補指令的非圓曲線(xiàn)的編程，只是尺寸不同、位置參數不同的系列零件的編程。
當零件的形狀沒(méi)有改變但是尺寸發(fā)生改變時(shí)，只能重新進(jìn)行編程，缺乏靈活性和適用性，通過(guò)宏程序編程，我們只需要在宏程序編程中給要發(fā)生變化的尺寸加上幾個(gè)變量再加上必要的公式就可以了，當尺寸發(fā)生變化時(shí)只需要改變這幾個(gè)變量的賦值參數。
宏程序編程可以用函數公式來(lái)描述零件的輪廓或者曲面，在數控編程中，宏程序不僅可以實(shí)現像子程序那樣，對編制形同加工操作的程序非常有用，還可以完成子程序無(wú)法實(shí)現的特殊功能，減少手工編程中繁瑣的數值計算，以及簡(jiǎn)化程序量，提高加工效率。
宏程序結構流程為：開(kāi)始;給常量賦值;給變量賦值;計算坐標值;指令機床沿著(zhù)曲線(xiàn)移動(dòng)X(jué)、Z坐標;變量遞增或者遞減;判斷是否到達終點(diǎn)，如果未到終點(diǎn)，執行計算坐標值命令;如果達到終點(diǎn)，則結束。
在數控編程中，宏程序編程靈活、高效、快捷，是加工編程的重要補充。
例如我們生活中經(jīng)常用到的FANUC數控系統用戶(hù)宏程序，它是由包含變量、包含算數或邏輯運算的程序段、包含控制語(yǔ)句、包含宏程序調用指令的程序段構成。
其變量種類(lèi)有四類(lèi)：空變量該變量總是空，局部變量，公共變量，系統變量。
這四種變量各自有各自的功能在數控編程中具有重要的作用。
FANUC宏程序的轉移和循環(huán)，其中包含無(wú)條件轉移和條件轉移，其中后者也就是我們經(jīng)常說(shuō)的IF語(yǔ)句。
宏程序的運算符包括EQ、NE、GT、GE、LT等。
FANUC數控車(chē)削宏程序有宏程序和程序中調用宏程序的指令，其中用戶(hù)宏程序有兩個(gè)要點(diǎn)：在宏程序中存在變量和宏程序能依據變量完成某個(gè)具體操作。
其特點(diǎn)是：1.可以進(jìn)行變量的運算，還可以使用各種語(yǔ)句。
2.依據變量，得到計算好的變量值，3.通用性強，曲線(xiàn)的各種參數可用變量表示。
宏程序編程的基本原理是用戶(hù)用數量作為數據進(jìn)行編程，變量在編程中充當媒介作用，以后也可以在程序中重新再賦值，原來(lái)內容被賦值所代替，最終可以用簡(jiǎn)單的直線(xiàn)或者圓弧線(xiàn)呈現出和理想輪廓曲線(xiàn)相近的曲線(xiàn)。
宏變量可以進(jìn)行循環(huán)嵌套和局部變量。
宏程序零件編制實(shí)例，例如我們經(jīng)常用到的拋物線(xiàn)宏程序的應用，如圖所示，已知前端橢圓的方程為拋物線(xiàn)，Z=-X2/24.2。
設X軸布局為0.06，原始毛坯為φ30×70，T01為粗車(chē)刀，T02為精車(chē)刀，尺寸如圖所示，編寫(xiě)加工程序。
計算拋物線(xiàn)線(xiàn)低的直徑：將Z=20帶入，直徑為φ22mm。
運用調用子程序或符合循環(huán)法進(jìn)行計算。
3.2.自動(dòng)編程
自動(dòng)編程是使用CAD軟件制作零件或產(chǎn)品模型，再利用軟件的CAM功能生成數控加工程序。
自動(dòng)編程需要借助專(zhuān)門(mén)的數控編程軟件來(lái)實(shí)現，自動(dòng)編程的數學(xué)處理能力強、后置處理程序靈活，程序自檢、糾錯能力強、便于實(shí)現與數控系統的通訊、生成迅速、質(zhì)量高、錯誤率小等優(yōu)點(diǎn)。
自動(dòng)編程可以分為語(yǔ)言數控自動(dòng)編程、圖形交互自動(dòng)編程 、語(yǔ)音提示自動(dòng)編程、數字化儀自動(dòng)編程。
自動(dòng)編程適用于中等復雜程度、計算量不大、人工難以完成的零件加工的編程，掌握并充分利用CAD/CAM軟件進(jìn)行非圓曲線(xiàn)數控加工，可以大大提高設計效率和質(zhì)量，減少編程時(shí)間，充分發(fā)揮數控機床的優(yōu)越性，提高整體生產(chǎn)制造水平。
自動(dòng)編程采用圖形交互式自動(dòng)編程，即計算機輔助編程，也稱(chēng)為CAD/CAM系統，是將CAD(計算機輔助設計)與CAM(計算機輔助制造)高度結合的自動(dòng)編程系統。
數控機床自動(dòng)編程指的是用計算機代替手工進(jìn)行編程，用計算機自動(dòng)計算數值，編寫(xiě)零件的規格型號，自動(dòng)打印加工程序單，并將其記錄在數控介質(zhì)上，數控加工中，加工程序編制的工作量大，手工編程只能適應簡(jiǎn)單的數控加工，因此數控機床發(fā)展的同時(shí)，人們已經(jīng)開(kāi)展了自動(dòng)編程技術(shù)的研究。
數控機床的自動(dòng)編程主要有語(yǔ)言自動(dòng)編程和圖文交互式自動(dòng)編程兩類(lèi)，未來(lái)的發(fā)展將會(huì )更多地被應用。
4.結束語(yǔ)
數控車(chē)加工中對非圓曲線(xiàn)編程時(shí)，運用宏程序編程方法，具有程序結構簡(jiǎn)單，使用方法靈活的優(yōu)點(diǎn);采用數控自動(dòng)編程軟件進(jìn)行編程，大大減少了復雜的數學(xué)運算，降低了誤差，簡(jiǎn)化了程序，方便快捷。
在非圓曲線(xiàn)零件加工中選擇合適的數控加工方法，在現代化的信息時(shí)代，可以大幅度提高非圓曲線(xiàn)零件的加工效率和加工質(zhì)量，可以滿(mǎn)足現代化制造也對于高精度非圓曲線(xiàn)零件的加工需求，實(shí)現經(jīng)濟效益，對數控技術(shù)及行業(yè)的發(fā)展起重要促進(jìn)作用，提高現代化制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)競爭力和適應力。
參考文獻：
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橢圓形螺紋的數控編程與加工【3】
【摘 要】本文主要圍繞橢圓形螺紋在數控車(chē)床上的加工，從圖形分析、編程思路、刀具選擇、程序編制、精度控制等方面進(jìn)行論述。
采用宏程序編程能較好地解決橢圓形螺紋在數控大賽的加工難題。
【關(guān)鍵詞】橢圓 異形螺紋 宏程序 編程
隨著(zhù)數控技能大賽的推廣與發(fā)展，比賽工件的難度逐漸提高，而螺紋的變化是其中之一。
由原來(lái)的車(chē)削三角形螺紋，轉變?yōu)檐?chē)削梯形螺紋、車(chē)削圓弧形螺紋、車(chē)削橢圓形螺紋等各類(lèi)異形螺紋。
而橢圓形螺紋的編程較為復雜，本人結合多年帶學(xué)生參加數控比賽的經(jīng)驗，總結出橢圓形螺紋的編程與加工方法，又快又好地解決了橢圓形螺紋的加工問(wèn)題。
一 零件圖形分析
圖1所示，橢圓形螺紋橢圓長(cháng)半軸為4.5mm，短半軸為3.5mm，方程式為z2/4.52+x2/3.52=1。
橢圓圓心位于φ64mm的外圓上，螺距為10mm，螺紋切削深度1.5mm。
二 加工刀具選擇
由圖1可知，可以選擇橢圓弧形成形刀具加工，但圓弧必須與橢圓相吻合，制造較為困難，不建議使用。
經(jīng)多次試驗一般選擇主偏角為72.5°，刀尖角為35°，主后角為6°～8°，刀尖圓弧半徑0.2mm的尖刀進(jìn)行加工(見(jiàn)圖2)。
三 編程思路
橢圓形螺紋就是螺紋形狀是橢圓形的，采用刀尖角35°的尖刀加工時(shí)，尖刀既要按照橢圓形狀運動(dòng)，又要按照螺紋的規律車(chē)螺紋。
編程時(shí)主要解決橢圓形狀的變化關(guān)系，列出邏輯關(guān)系式，最后采用宏程序編程。
此題的變量應以橢圓長(cháng)軸為變量#3，然后根據橢圓方程式求出X坐標值。
單個(gè)橢圓形螺紋形狀從1點(diǎn)變化至2點(diǎn)(見(jiàn)圖3)。
1點(diǎn)至橢圓中心的長(cháng)度要根據圖中給定的數值代入橢圓方程式求出，為3.69。
即#3的變化從3.69變至-3.69。
四 橢圓形螺紋參考程序(以FANUC系統為例)
O0001;(橢圓形螺紋加工)
T0101;(刀尖角35°刀)
M3 S300;
G0 X62 Z10;
#1=4.5;( 橢圓長(cháng)半軸)s
#2=3.5;( 橢圓短半軸)
#3=3.69;( 橢圓形螺紋起點(diǎn)長(cháng)度)
N10 #4=SQRT[#2*#2-#3*#3];
#5=#2/#1*#4;
#6=2*[32-#5];(編程坐標系中橢圓中心X值)
G0 Z[#3+10];(螺紋Z軸起刀點(diǎn))
X[#6];(螺紋X軸起刀點(diǎn))
G33 Z-45 F10;(車(chē)螺紋)
G0 X62;(X向退刀)
Z10;(Z向退刀)
#3=#3-0.2;(Z向逐漸變化0.2)
IF[#3GE-3.69] GOTO10;(判斷是否結束)
G0 X62;
Z10;
G0 X100Z100;
M30;
五 精度控制
為了保證零件加工精度，對刀時(shí)X向留0.3mm左右的余量，螺紋車(chē)完后測量。
通過(guò)修改磨耗來(lái)修調尺寸，最終達到精度要求。
六 結束語(yǔ)
以上詳細分析了橢圓形螺紋的編程、加工及精度控制。
這種編程思路可以延伸出其他類(lèi)型異形螺紋的編程，如正弦線(xiàn)螺紋等三角函數異形螺紋，圓弧螺紋、拋物線(xiàn)螺紋等二次函數曲線(xiàn)螺紋。
編程時(shí)，將上述橢圓函數表達式變換為圖紙相應的函數表達式，給出變量的起點(diǎn)終點(diǎn)坐標值，就可以完成相應程序的編制。
同樣為防止加工過(guò)程中刀具與工件產(chǎn)生干涉，要利用尖形車(chē)刀完成加工。
此類(lèi)異形螺紋編程主要采用宏程序思路通過(guò)變量設置，大大簡(jiǎn)化了復雜形狀零件的數控編程計算，減少刀具投入且通用性強。
在實(shí)際加工中具有實(shí)用意義。
參考文獻
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