非圆曲线数控车削宏程序应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

非圆曲线数控车削宏程序应用

发表时间：2020/8/3 来源：《文化时代》2020年5期作者：张庆刚

[导读] 通过一个典型零件的宏程序车削编程实例，解读数控车床宏程序编程思路，总结手工编程非圆曲线类零件数控车削通用宏程序编程方法。

陕西省机械高级技工学校陕西汉中 723200
        摘要：通过一个典型零件的宏程序车削编程实例，解读数控车床宏程序编程思路，总结手工编程非圆曲线类零件数控车削通用宏程序编程方法。
        关键词：数控车床；宏程序；编程方法


宏程序的必要性：一般的数控车床只提供直线与圆弧的插补功能，加工椭圆、双曲线等非圆曲线形状的零件时已无法满足用户要求。如图所示的零件图中，右端外形就是由椭圆和圆弧构成的曲面，用数控车床具有的直线插补和圆弧插补这两个功能指令加工，由于无法准确计算刀具终刀点位置坐标，使得编程无法进行。

        只有把复杂的曲面建立成简单的数学模型，转变成我们所学的知识，用直线指令和圆弧指令去逼近完成。HNC- 2 1/22M华中世纪星为用户宏程配备了强有力的类似于高级语言的宏程序功能，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，数控系统根据用户给定的运算条件，自动准确计算出刀具终刀点坐标。此外宏程序还提供了循环语句、分支语句，这样使程序能跳转，根据自动计算的坐标值，实现自动进退刀。这样，减轻了编程者的大量运算，使的程序变短，从而提高生产效率。减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，以及精简程序量。这是用户宏程序最大的优点。
        由于笔者长期从事数控车床实习指导教师工作，经大量的教学经验积累，实践证明：该方法车削非圆曲线类零件的编程构思是正确、可行的。下面以椭圆曲线为例，谈一谈HNC一21/22M华中世纪星系统宏程序的编程思路。
        HNC-21/22M华中世纪星系统车削椭圆，宏程序编制中重要的循环功能语句是WHILE语句，其格式如下：WHILE[条件表达式] DO m（m=1，2，3）；ENDm；
        说明：如果指定的条件表达式满足时，则执行DO到END之间的程序。否则，转到END后面的程序段。DO后面的标号和END后面的标号是指程序执行范围的标号，标号值为1，2，3。
        该方法能用于此类非圆曲线零件的加工，可达到提高加工效率的目的。
        华中世纪星条件判别语句（IF，ELSE，ENDIF）
        格式①：IF 条件表达式；
        ------；
        ELSE；
        ------；
        ENDIF；
        格式②：IF条件表达式；
        -------；
        ENDIF；
        循环语句（WHILE，ENDW）格式：WIILE 条件表达式；
        ------；
        ENDW；
        宏程实现原理：编制宏程序时，首先，要定义变量并赋值。其次，根据图样确定执行循环的条件，依据数学表达式建立起相关的联系，使曲线进行简化。运用数控系统的计算功能，让系统自动进行计算执行点的坐标值。指令控制机床移动相应各轴的坐标值，计数器计数，累加器叠加，再返回循环处判断是否符合循环，如果条件符合循环要求就继续执行相应程序段，如果条件不满足循环结束。
        当采用不具备非圆曲线插补功能的数控系统编制加工非圆曲线轮廓时，往往采用短直线或圆弧去近似替代非圆曲线，这种数据处理方式称为拟合处理。拟合线段中的交点或切点，我们称之为节点。
        非圆曲线的拟合实质是将曲线离散后，用短直线或圆弧来替代，其中短直线拟合法由于其数学运算简单、程序编制容易，因此广泛运用。
        数控车床非圆曲线宏程序编程步骤：
        1、选定自变量
        说明：理论上曲线中的X和Z坐标任意一个都可以被定义为自变量，但一般选择变量范围大的一个作为自变量。
        2、确定自变量的起止点的坐标值
        说明：该坐标值是相对于曲线自身数学坐标系的坐标值。其中起点坐标为自变量的初如值，终点坐标为自变量的终止值。
        3、函数变换，确定因变量相对于自变量的宏表达式。
        4、确定曲线自身坐标系原点对编程原点的偏移量（含正负号）
        说明：该偏移量是相对于工件坐标系而言的。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        5、判别在计算工件坐标系下的X坐标值时，宏变量正负号。
        说明：1）当编程使用的是X向下为正的工件坐标系，则编程轮廓为零件的下侧轮廓；当编程使用的是X向上为正的工件坐标系，则编程轮廓为零件的上侧轮廓。
        2）以编程轮廓中的公式曲线自身坐标系原点为原点，绘制对应工件坐标系的X`和Z`坐标轴，以其Z`坐标为分界线，将轮廓分为正负两种轮廓，编程轮廓在X`正方向称为正轮廓，编程轮廓在X`负方向的称为负轮廓；
        3）如果编程中使用的公式曲线是正轮廓，则在计算工件坐标系下的X坐标量前面冠以正号，反之为负。

本文以椭圆轴加工为例，讲解用户宏程序编程原理在车削椭圆轴中的应用。椭圆加工程序可以直接编写在主程序中，将其嵌套在G71指令的精车路线中完成粗车，粗加工实现类似单一固定形状循环G80指令（法兰克为G90）分层车削走刀路线，精加工沿轮廓走刀，用若干个短直线拟合。
        %0001（程序头）
        T0101 MO3 S700；（绝对值编程；主轴以700转/分正转）
        G00G95 X42 Z2；（快速定位到粗加工循环起点）
        G71 U2R0.5 PI1Q2 X0.5 F0.3；（外径粗车循环）
        N1 G01 XI5 F0.15 S1000；（精加工起始程序段）
        Z-10；
        X26；（公式曲线起点）
        #1=-2；（设Z为自变量#1，给自变量#2赋值-2：Z1=-2）
        WHILE#1 GE[-21.7]；（自变量#2的终止值-21.7：Z2= -21.7）
        #2=12* SQRT[1- #1*#1/25/25]；（因变量#1：X =12*SQRT[1-Z*Z/15/2代替Z、X）
        #3=-#2+25；（工件坐标系下的x坐标值#3：编程使用的是负轮廓，#1前冠以负；△X=25）
        #4=#1-8；（工件坐标系下的Z坐标值#4；△Z=-8）
        G01 X[2*#3]Z[#4]；（直线插补，X为直径编程）
        #1=#1-0.5；（自变量以步长0.5变化）
        ENDW；（循环结束）
        G01X40；
        N2 G01 Z-40；（精加工终止程序段）
        G0O U100 W200；（快速定位到退刀点）
        M30；（程序结束）
        利用数控车床加工非圆曲线时，应注意以下几点：
        （1）车削后工件的精度与编程时所选择的步距有关。步距值越小，拟合越准确，加工精度越高；但是减小步距会造成数控系统运算量加大，数控系统繁忙，影响加工速度的提高，进而降低加工效率。因此，必须根据加工要求合理选择步距，一般在满足加工要求前提下，尽可能选取较大的步距。
        （2）对于非圆曲线中心与Z轴不重合的零件，需要将工件坐标系进行偏置后，然后按文中实例所述的方法进行加工。
        （3）编程时要考虑曲线的凸凹情况，两者区别在于直线插补逼近曲线程序段中的X坐标变化。
        （4）非圆曲线内轮廓车削编程与外轮廓相似，主要考虑中心点位置、凹凸情况及起止点位置，读者可根据上述实例自行套用编程。
        本文选取的实例都已在配置华中世纪星HNC-21T系统的数控车床上实际运行加工通过（其中刀尖圆弧半径为0.4 mm），对于编程中F、S和ap等参数可根据加工实际情况进行设定，给定值可供参考。上述程序可作为公式曲线宏程序编程模板使用，只需要更改个别参数值即可。
        运用以上公式曲线宏程序编程方法。结合加工循环指令。就可以准确实现非圆曲线类轮廓的车削编程与加工。经过多年教学实践，明显提高了我校学生的数控车床编程的技术水平，将其应用于生产，同样加快了编程的速度，提高了生产的效率。
        参考文献：
        [1]武汉华中数控股份有限公司编写《世纪星车床数控系统编程说明书》2007 年。
        [2]劳动和社会保障部编写《数控车床加工工艺与编程》2010 年。