CNC車床(chuáng)高斯(sī)曲線加(jiā)工
隨著新產品研製的發展,許多新產品的形狀采用了特殊曲線,如橢圓、雙曲線和(hé)高斯曲線等,而如何(hé)加工這些(xiē)特殊曲線就成了機加人(rén)員的新課題。
從多(duō)年的實踐來看,采用宏程序編程,然後在數控車床上車削是較為簡單、經濟和方便的一種方法。
但是這(zhè)種(zhǒng)方法對於(yú)編程者要求較高,這是(shì)因(yīn)為宏程序的編製要求程序員不僅具有豐富的數學知識,還要熟悉數控車床的編程(chéng)指令,對於宏程序更應是(shì)了(le)如指掌。
宏程(chéng)序分為A類和B類兩種:A類宏程序通常采用H代碼編製,B類宏程序通常用賦值語句和(hé)數學公式進行編製,易為大家接受,FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。
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一、FANUC0i型數(shù)控係統宏程序
在FANUC0i型數控係統(tǒng)中變量分為4種類型,即空變量、局部變量、公共變量和係(xì)統變量。空變量的變量號為#0,該變量(liàng)總為空,沒有值能賦給該變量;局部變量的變量號為(wéi)#1~#33,該類變量隻能用於(yú)在宏程序中存儲數據,當斷(duàn)電(diàn)時局部變量初始化為空,調用宏程序時,給(gěi)局部變量(liàng)賦值。公共變量的變量號為#100~#199、#500~#999,公共變量在不同的宏程(chéng)序中的意義相同。當斷電時,變量#100~#199初始化為空,變(biàn)量#500~#999中(zhōng)的數據保存,即使斷(duàn)電(diàn)也不丟失。係(xì)統變量的變量號為#1000~,係統(tǒng)變量用於(yú)讀和寫CNC的各種數據(jù),例如刀具的當前位置和刀具補償值等。我們在編(biān)寫宏(hóng)程序(xù)時可以引用局部變量(liàng)和公共變量,在引用變量,特別是公(gōng)共變量時,為消除變量內原有數據(jù)的影(yǐng)響,一定要給(gěi)變量重(chóng)新賦值後再引用。
宏程序是用戶實(shí)現機(jī)床功能擴(kuò)展的一種方法。在宏程序(xù)中可(kě)以使用(yòng)變量,給變量賦值,變量間可進行運(yùn)算和(hé)程(chéng)序跳轉。此外,宏程序還提供了循環語句、分(fèn)支語句和子(zǐ)程序調用語句,一層宏循(xún)環裏還可以嵌套多層循環。所以可(kě)以應用宏程序指令編製出簡潔合理的小(xiǎo)容量加工程序,擴展數控(kòng)機床功能,提高加工效率(lǜ),充分發揮數控機床的作用。
二、高(gāo)斯曲線的(de)方程
高斯曲線在直角坐標係下的方程是
,其(qí)中x是自變量,y是因變量(liàng)。但此方(fāng)程我(wǒ)們還不(bú)能(néng)直接應(yīng)用於數控車床,因為(wéi)在數控車床上,坐標係是這樣規
定(dìng)的:Z軸與主軸軸線(xiàn)平行,正方(fāng)向是遠離工件方向,X軸與主軸軸線(xiàn)垂直,正方向是遠離主軸(zhóu)軸線方向。因此我們需要把直角坐(zuò)標係的方程轉換為數控車床坐標係下的方程,同時數控車床不能識別指數函(hán)數和(hé)平方等數學符號,這(zhè)就需要用宏程序中的(de)算術和邏輯運算符號替換其中的數學符號,變成數控車床可識別的公式。
經變換後高斯曲線在數控坐標下的方(fāng)程如下(xià)。
X=140.6/EXP(((z-620)/1339)*((z-620)/1339))+9.358/
EXP(((z+251.5)/351.8)*((z+251.5)/351.8))+24.58/EXP(((z+740.4)/464.1)*((z+740.4)/464.1))
三、數控車床加工特殊曲線的方法
數控(kòng)車床可通過G01、G02等G代(dài)碼直接加工直線、圓(yuán)弧,但並沒有專門的G代碼來加工橢圓、雙曲線和高斯曲線(xiàn)等特殊曲線。在加工此類曲(qǔ)線時一般采(cǎi)用直線逼近法,即在Z方向上依次遞減或遞增,以0.05mm~0.5mm為一個步距,每遞減或遞增一個步距得到一個(gè)Z值。然後,通過曲線方程計(jì)算求出對應(yīng)的X值,再將刀具直線插補(bǔ)至計(jì)算得出的(X,Z)值所確定的點,依次插補便可完成特殊(shū)曲線的加工。
四、編製加工高斯(sī)曲線的宏程序
現以一個簡單的零(líng)件為例,說明高斯曲線的宏程序編製過程。如圖1所示,在Φ260mm的毛坯棒(bàng)料上加工一段長100mm的高斯曲線外輪廓。圖1是直角坐標係下的零件圖樣,圖2是數(shù)控坐標(biāo)下的零(líng)件圖樣。
1490873504692141.png1490873504561622.png
在高斯(sī)曲線數控坐標方程中(zhōng),我們用#101表(biǎo)示自變量z,用#102表示(z-620)/1339,用(yòng)#103表(biǎo)示(z+251.5)/351.8,用#104表示(z+740.4)/464.1,用#105表示因變量x,則(zé)高斯(sī)曲線的方程可表示(shì)為(wéi):
#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104+#104)
編製精加工程序如下:
O0001
N10#101=0;(自變量初值(zhí))N20#102=(#101-620)/1339;
N30#103=(#101+251.5)/351.8;N40#104=(#101+740.4)/464.1;
N50#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104*#104);
N60G01X[2*#105]Z[-#101]F0.2;(直線逼近法加工高斯曲線)
N70#101=#101+0.1;(z值遞增一個步距)
N80IF[#101LE100.0]GOTO20;N90G01X265.0;
N90G00X100.0Z100.0;N100M30;
以(yǐ)上程序為最後(hòu)一(yī)刀的精加工程序,在實(shí)際加工中要考慮到(dào)毛坯的餘(yú)量,這就需(xū)要先粗車,再精車。粗車同(tóng)樣也是(shì)沿(yán)輪廓車(chē)削,可采用G71或者G73指令粗車,然後用G70指令精車,編製完整的程序如下。
O0002
N10G40G21G97G99;N20M03S800;
N30T0101;
N40G00X262.0Z2.0;N50G73U9.0R9.0;
N60G73P70Q150U0.3W0.0F0.2;N70#101=0;(自變(biàn)量初值)
N80#102=(#101-620)/1339;N90#103=(#101+251.5)/351.8;
N100#104=(#101+740.4)/464.1;
N110#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104*#104);
N120G01X[2*#105]Z[-#101]F0.1S1000;(直線逼近法加工高斯曲線)
N130#101=#101+0.1;(z值遞增一個步距)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;
N150G01X265.0;N160G70P70Q150;
N170G00X100.0Z100.0;N180M30;
雖然隨著CAD/CAM軟件(jiàn)的(de)應用,手(shǒu)工編程、宏程序應用空間(jiān)日趨縮(suō)小,但是在某些(xiē)情況下PC機也無能為力(lì),這(zhè)就要求我們深挖手工編程,發揮數控(kòng)機床潛力。
同時宏程序與自動編程比較具有運算速度快、加工效率高、加工精度高以及短小精悍等優點。