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公式曲线数控车削类零件加工研究

庄　燕，马　丽，毛洪辉

(九州职业技术学院，江苏　徐州　221116)

摘要：以FANUC系统数控车床为例，对含抛物线及椭圆轮廓的非圆曲线类数控车削零件如何用宏程序来加工的设计思路及简化程序编制原理等进行了具体分析。在数控车削加工中，宏程序使用变量、算术、逻辑运算及循环语句等方法，能够编制传统数控编程无法实现的非圆曲线类零件的加工，其变量编程方式增加了应用对象的灵活性，使程序简化，减轻编程人员劳动强度，大大增强了数控机床的使用功能。

关键词：宏程序；非圆线性体；数控车削加工

0　引言

现在制造技术日益发展，在生产实践中，非圆性曲线体零件不断涌现，传统加工无法完成，数控加工成为非圆性曲线回转体零件的主要加工途径，如何采用先进的制造技术简化加工复杂的曲线线性回转体是编程人员必要的一项技能。

1　零件

本文以图1所示零件为例，讨论采用用户宏程序编制其中公式曲线数控车削加工宏程序的具体过程。

图1　轴零件

数控车床手工编写的普通程序对一些非圆性曲线线性回转体零件(如椭圆、抛物线、渐开线等)加工有一定难度，主要是数控机床不具有这样的直接插补功能。利用数控系统用户宏程序编程是解决这类零件加工的最有效方法，用户宏程序与普通程序相比最大的特点在于用户宏功能主体中能使用变量，变量之间能够进行运算，所以用户宏功能更具有通用性。针对宏程序的优势，我们在加工同一类零件时，只需将零件的实际尺寸值赋给变量即可，而不需要对每一个零件都编写加工程序。在零件图上我们都能看到一些非圆性线性公式，如椭圆公式

=1、抛物线公式

-32等，只要我们把这些线性公式作一般代数化解或直接套用即可。

2　编程思路

宏功能加工非圆曲线轮廓的基本编程思路是用微小直线段来逼近轮廓线，即逐点逼近法，并非机床自带的一些线性插补功能。具体讲，就是设想先将某一段非圆曲线细化成若干微小直线段，然后在每一小段线段上作直线插补来近似表示这一段线性曲线，如果分成的线段足够小，则这个近似的曲线就能够较好地满足加工精度的要求。宏指令编程虽属手工编程范畴，但它将复杂的节点坐标计算工作交由计算机数控系统来完成，编程者只需给出数学公式和算法。由此可见，用户宏功能不适于加工简单直观的零件轮廓，主要适合常规指令无法完成的非圆曲线线性回转体类零件的加工。

3　加工工艺分析

图1所示零件材料为铝合金，切削性能较好；加工部位由直线、抛物线

-32和椭圆

=1(a=30、b=20)组成的回转面构成；采用两次装夹加工零件，先加工左端，再加工右端，每端加工先进行粗车再精车，以达到加工要求。

4　编写程序

将抛物线公式

-32以代数化解为

，椭圆公式经过一般代数化解为

。

采用用户宏程序编制的加工程序如下：

O0001(左端加工程序) // 程序名

N10 G90 G00 X100. Z100. //设置换刀点

N20 T0101 //换1号刀

N20 MO3 S600 //主轴正转每分钟600转

N40 G00 X65. Z0 //定位

N50 G99 G01 X0 F0.1 //平端面

N 60 G00 X65. Z2. // 定位,退刀

N 70 Z0

N 80 G73 U30 WO R15 //粗车外圆循环语句

N 90 G73 P100 Q210 U0.3 W0.1 F0.5 S600 //定义抛物线起刀点

N 100#1=0 //定义抛物线终止点

N 110#2=-32

N 120 WHILE[#1 GE#2] D01 //当#1大于等于#2循环到1

N 130#3=#1-32 //定义变量值

N 140#4=SQRT[8*-#3-32] //计算X做自变量值

N 150 G01 X[2*#4] Z[#1] M03 S1000 F0.1 //计算出X、Z值走直线插补

N 160#1=#1-0.1 //以0.1微小线段做递减，值越小越逼近抛物线

N 170 END1 //循环到1结束

N 180 G01 X40

N 190 Z-45

N 200 G02 X48 Z-50 R5

N 210 G01 Z-70

N 220 G70 P100 Q210 //精加工外圆

N 230 G00 X100 Z100 //回换刀点

N 240 M30 //程序结束返回程序名

%

O0002(右端加工程序)

N10 G90 G00 X100. Z100. //设置换刀点

N20 T0101 //换1号刀

N30 MO3 S600 // 主轴正转每分钟600转

N 40 G00 X65. Z0 //定位

N 50 G99 G01 X0 F0.1 //平端面

N 60 G00 X65. Z2. // 定位,退刀

N 70 Z0

N 80 G73 U30 WO R15 //粗车外圆

N 90 G73 P100 Q190 U0.3 W0.1 F0.5 S600

N 100#1=0 //定义椭圆起刀点

N 110#2=-30 //定义椭圆终止点

N 120 WHILE[#1 GE #2] D01 //当#1大于等于#2循环到1

N 130#3=#1+30 //定义变量值

N 140#4=20*SQRT[1-#3*#3/900] //计算X做自变量值

N 150 G01 X[2* #4] Z#1] M03 S1000 F0.1 //计算出X、Z值走直线插补

N 160#1=#1-0.1以0.1 //微小线段做递减，值越小越逼近抛物线

N 170 END1 //循环到1结束

N 180 G01 X44

N 190 G01 X48 Z-32

N 200 G70 P100 Q190 //精加工外圆

N 210 G00 X100 Z100 //回换刀点

N 220 M30 //程序结束返回程序名

N 230%

加工完成后得到的零件如图2所示。

图2　加工后得到的零件

5　结语

通过上述实例可以看出编制数控车削非圆曲线类零件的程序时，利用数控系统宏功能，可以把实际值设定为变量，通用性强，语句简洁方便，效果较好。

参考文献：

[1]肖忠跃，刘朝晖，谢世坤.基于Fanuc 0i系统的椭圆类轮廓零件宏程序应用研究.煤矿机械，2013，34(1)：145-146.

[2]顾京.数控机床加工程序编制.北京：机械工业出版社，2009.

[3]余娟，肖凤森.宏程序在非圆曲线数控车削中的应用研究.煤矿机械,2014,35(4):118-120.

文章编号：1672-6413(2016)04-0121-02

收稿日期：2016-01-05；

修订日期：2016-05-01

作者简介：庄燕(1981-)，女，江苏铜山人，讲师,本科,主要从事数控加工方面的研究。

中图分类号：TG659

文献标识码：A

Processing Research on Numerically Controlled Turning Parts with Formula Curves

ZHUANG Yan, MA Li, MAO Hong-hui

(Jiuzhou College of Vocation and Technology, Xuzhou 221116, China)

Abstract： A FANUC NC lathe was taken as an example, how to use macro program to process the non-circular curve of parabolic and elliptic contour class parts by CNC turning, and simplify the programming principle were analyzed. In the numerically controlled turning, using macro program can achieve the non-circular curve parts processing, and reduce the labor intensity and enhance the working efficiency.

Key words： macro program; non-circular linear body; numerically controlled turning