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1、数控车床中抛物线轮廓仿形加工的宏程序编制 t 甘艳平 (南京信息职业技术学院机电分院，江苏南京 210046) 摘要 :简要介绍宏程序的概念、数学模型的选择、拋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 ;拋物线轮廓 中图分类号 :TG659 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 4414(2012)03 - 0170 - 03 Profile machiningusingmacroprograms based on parabola
2、contour in numerial control programming Gan Yan - ping (Nanjing college of information technology， Nanjing Jiangsu 210046 China) Abstract: The concept of macro programs? the selection of a mathematical model? the method of parabola contour in numerial control progamming, and the profile machining pr
3、inciple of parabola contour are introduced briefly in this paper. Various numerical control programs under rough profile machining and finish profile machining are developed using macro programs. This method can be used for the contour of all types of conic. Key words: numerical control lathe; param
4、eter programming; profile machining; macro programs; parabola contour i 引 g 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 零件 手 动编 程 直接 使 用直 线 插补 (G01)或 圆 弧 插 补 (G02、 G03)基 本 上 是 无法 完 成 的 ，使 用 计 算 机辅 助 编 程 (CAM)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 UG、 Pro/E、 CAXA 等 ， 而 且 计算
5、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 宄 ， 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 FANUC 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 1。 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
6、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 要插补加工二次曲线零件，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： =/i ( t ) , y = f 2 ( t ) (1) 式中 :f 为参数量， 0， 1。例如，对于 x-y 平面第一 象限的抛物线插补，其轨迹计算公式为 U) = a x J， y (f) =A(f) XA(f)/6 (Ct 0 ， & 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
7、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 带入上述 参数化方程 ， 即可计算出 插 补轨迹上当 前 点 的 坐标 值 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 Ax 的值的大小即可实现曲线的参 数化拟合，拟合精度容易控
8、制。 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 = 2 0 1 2 - 0 4 - 1 7 作者简介 :甘艳平 (1979-),女，湖北鄂州人，硕士，研宄方向 :机械工程及自动化。 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 数控加工研宄，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 零件轨迹相一致，对于抛物线就是利用
9、其轨迹的参数 化插 补和宏程序的嵌套改变零件的径向切深 (t/)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 到时，就实现了抛物线的粗加工 循环，同样如果径向切 深（ f/)赋值为时，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： x ( t ) = 20x t , y ( t ) = x ( t ) x x ( t ) / 2S
10、, t l(2) 4.3.1 抛物线粗加工 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（ t/)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 Au 为 1.5mm，主轴转速 1500 (r/ min)，进 给量 0. 15(mm/r)，留精车余量 Z 方向 1mm，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 #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 #1 抛物线 2 起点坐标 #2 抛
11、物线 2 终点坐标 #3 参变量 AL m 抛物线原点 2 点坐标 #5 抛物线原点 点坐标 #6 径向最大切削余量（ t/) #7 背吃刀量（ Az/) #8 X 编程坐标 #9 Z 编程坐标 表 2 宏 程 序 变 量 参 数 变量名称 变量含义 #1 抛物线 2 起点坐标 #2 抛物线 2 终点坐标 #3 参变量 #4 抛物线原点 2 点坐标 #5 抛物线原点 点坐标 #6 z 半径方向最大切削余量（ I/) #7 背吃刀量（ Au) #8 X 编程坐标 #9 Z 编程坐标 (2) FANUC 宏程序 编 制如下 4。 抛物线 粗 加 工 FANUC 宏程序 ： 1000 G21G99
12、G40 T0101M03S1500 G0X80Z-10 (定义粗加工循环起点，考虑抛物 线被 加工余量） M08 #6=12 (最大切削余量 U-2) #7 =1 . 5 N1 #1 =20 (抛物线 Z 起点坐标） #2 = -20 (抛物线 Z 终点坐标） #3=1 (粗加工使用大的参变量） M= -30 (抛物线原点编程点 z 坐标） #5 =21.43 (抛物线原点编程点坐标） N2 #8 =2* #1* #1/28 +#5+2* #6 #9 = #2 - #4 G1X #8Z #9F0. 15 #1 =#1 -#3 IF #1GE#2 G0T02 GOO U2 Z - 10 #6 =
13、 #6 - #7 IF#6GT0.5 G0T01 (毛坯余量大于 0.5 就跳 转， 留 1mm 余量精加工） G00X150 Z200 M30 4.3.2 抛物线精加工 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#6 (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。 FANUC 宏 程序编制如下。 抛物线粗加工 FANUC 宏程序： 02000 G21G99 G40 T0101M03S2000 G0X52Z-10 (定义精加工循环起点） M08 #6 = 0 #7 =1.5 N1 #1 =20
14、(抛物线 Z 起点坐标） #2= -20 (抛物线 Z 终点坐标） #3=0.1 (精 加工使用小的参变量） -30 (抛物线原点 编程点 z 坐标） #5 =21.43 (抛物线原点 编程点坐标 ) N2 #8 =2* #1* #1/28 +#5 +2* #6 #9 = #2 - #4 G1X #8Z #9F0. 15 #1 = #1 - #3 IF #1GE#2 G0T02 GOO U2 Z -10 #6 = #6 - #7 IF #6GT0. 5 GOTOl G00X150 Z200 M30 5 结语 利用 FANUC 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
15、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 Lin Xu. Parametric curve interpolation by combination of two conic secions D Computers & graphics,2008,32 (6) :655 -659. 2 韩亚利， 王建平 .二次曲线插补算法研宄 D.新技术新工艺， 2007(11) :28 -30. 3 夏端武， 李茂才 .FANUC 数控车编程加工技术 M.北京：化学 工业 出版社， 20
16、10. 4 李继平 .数控车床编程中椭圆轮廓的宏程序实现 D. 四川职业 技术 学院学报， 2009,19(2) :88 -90. (上接第 167 页） &asm. mbr. 分 类 ！ = 标 准 件 / 借 用 件 / 成 件 & asm. mbr. 分 类 ！ = 成 件 零 件 / 辅 助 性 材 料 & asm. mbr. 分 类 丨 = 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： &asm. mbr. 分 类 = = 螺 钉 / 螺 母 / 垫 圈 /
17、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 , 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 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 Pro/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
18、 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 .主美聪 .Pni/E 工程图的参数化标准图框模板开发 D. 机械设 计与制 造 ， 2007 (9) =171. 2 孤峰醉酒 .PiWENGINEER 工程图白金手册 M.北京： 人民邮 电出版 社， 2004. (上接第 169 页 ) 图 6 后 处 理 NC 程 序 图 7 后 处 理 NC 程 序 开头界面 开头界面 器导出的 NC 程序不加修改即可适用于 GSK983M 数 控系 统。实际专用后处理器可在很大程度上节省后 处理 程 序的编
19、 辑 修改时 间 ，不仅 提 高了编程 效 率而 且 还 避 免 出错。 实 践证 明 ，笔者 所 定制 的 P St_gsk983 专 用 后 处理 器 具备很 高 的可靠 性 和实用 性 。对于 其 他的 数 控 系 统， 也 可参照 本 文所述 方 法和步 骤 ，为 机 床量 身 定制 其 专用后 处 理器，以提 高 编程效率 。 参考文献： 1 赵雪玉 .UG/P0ST 后处理综述 J . CAD/CAM 与制造业信息 化 ， 2005 (8) =90 - 93. 2 广州数控设备有限公司 .GSK983M 铣床数控系统使用手册（上 册： 规格与编程篇） Z, 2007. B 张磊 . U G N X 6 后处理技术培训教程 M.北京 ：清华 大学出 版社 ， 2009.