李繼承

（廣東省國(guó)防科技技師學(xué)院，廣東 廣州 510000）

在西門子802D數(shù)車上使用宏程序加工非圓曲線零件的方法

李繼承

（廣東省國(guó)防科技技師學(xué)院，廣東 廣州 510000）

非圓曲線的加工是數(shù)車的難點(diǎn)，本文以橢圓、正弦曲線、拋物線為例，介紹在西門子802D系統(tǒng)中使用毛坯切削循環(huán)指令CYCLE95和可編程的零點(diǎn)偏置指令TRANS來(lái)調(diào)用子程序編制宏程序的方法，而且各程序都經(jīng)過(guò)了實(shí)際加工的檢驗(yàn)。

西門子802D系統(tǒng)；數(shù)車；宏程序；非圓曲線；橢圓

非圓曲線是數(shù)車加工中的難點(diǎn)，目前數(shù)控系統(tǒng)還未提供完善的非圓曲線插補(bǔ)功能，因此實(shí)際操作中非圓曲線的編程多采用宏程序來(lái)完成。作為培養(yǎng)高技能人才的學(xué)校，特別是數(shù)控教學(xué)及數(shù)控大賽中，根據(jù)不同情況掌握各種非圓曲線的編程是非常必要的。筆者以SINUMERIK 802D系統(tǒng)為例，總結(jié)出數(shù)控車床中的非圓曲線宏程序加工的編程方法。實(shí)踐證明，這些方法能高效、準(zhǔn)確地加工出非圓曲線的輪廓部分。

1 宏指令概述

當(dāng)前較先進(jìn)的數(shù)控加工系統(tǒng)都為用戶配備了強(qiáng)大的類似于高級(jí)語(yǔ)言的宏程序功能［1］，用戶可以使用變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)混合運(yùn)算，通過(guò)其所提供的循環(huán)語(yǔ)句、分支語(yǔ)句和子程序調(diào)用語(yǔ)句大大減少乃至免除了手工編程繁瑣的數(shù)值計(jì)算，是提高機(jī)床性能的一種特殊功能，在類似工件的加工中巧用宏程序?qū)⑵鸬绞掳牍Ρ兜男Ч?/p>

宏程序可適用于以下3種場(chǎng)合：①宏程序指令適合橢圓、雙曲線、拋物線等沒(méi)有插補(bǔ)指令的非圓曲線編程；②適合圖形一樣只是尺寸不同的系列零件的編程；③適合工藝路徑一樣只是位置參數(shù)不同的系列零件的編程。

2 函數(shù)曲線輪廓的數(shù)學(xué)模型

數(shù)控編程由于沒(méi)有各種非圓曲線的插補(bǔ)指令，需要根據(jù)曲線輪廓的函數(shù)方程y=f（x）將其中的一個(gè)參數(shù)自變量在其定義域內(nèi)，從一個(gè)值域以一定的插補(bǔ)步進(jìn)距離（如0.02mm、0.5°）逐步向另一個(gè)值域變化，從而求出任意一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后用直線插補(bǔ)G01進(jìn)行擬合加工。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)方程的數(shù)學(xué)模型

3 車削原理

要使車出的曲線為橢圓，即刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡必須沿橢圓曲線，根據(jù)切削的橢圓輪廓曲線段從起點(diǎn)（xi，zi），運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)（xe，ze）。

非圓曲線的插補(bǔ)的數(shù)學(xué)處理可以采用直線擬合和圓弧擬合，由于在計(jì)算中直線只需找起點(diǎn)和終點(diǎn)，而圓弧除起點(diǎn)、終點(diǎn)外還需半徑，因而直線擬合計(jì)算簡(jiǎn)單。在此采用直線擬合的方式把橢圓曲線分割成若干小直線段，用G01走直線來(lái)逼近輪廓曲線（插補(bǔ)采用的步進(jìn)距離要根據(jù)零件輪廓的精度來(lái)確定）。

4 編程實(shí)例

以在數(shù)控車床（SINUMERIK 802D系統(tǒng)）上加工橢圓、正弦曲線、拋物線為例用宏程序進(jìn)行編程。加工橢圓曲線輪廓的主程序如下。

SK02.MPF；（主程序名）

G90 G54 G00 X100 Z100；（建立工件坐標(biāo)系，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)在右端面中心點(diǎn)上，絕對(duì)坐標(biāo)編程，快速定位到參考點(diǎn)）

G95M08T2D1；（每轉(zhuǎn)進(jìn)給，冷卻液開(kāi)，T0255度菱形刀）

G00 X50 Z2；（刀具快速定位）

M00；（程序暫停）

S1000 M3；（主軸正轉(zhuǎn)）

G04 X4；（暫停4S）

R20=10；(設(shè)定參數(shù)R20，需去除的余量)

MA1:TRANS X=R20；（在X方向設(shè)定可編程零點(diǎn)偏置，標(biāo)記符MA1）

R20=R20-1；（修改X方向可編程零點(diǎn)偏置值，每次切削深度1mm）

AA5；（子程序名，調(diào)用子程序粗加工曲線輪廓）

IF R20＞=1 GOTOB MA1；（條件跳轉(zhuǎn)：當(dāng)R20大于等于1mm時(shí)，跳轉(zhuǎn)到MA1）

①半橢圓曲線輪廓的精車程序

半橢圓曲線輪廓見(jiàn)圖2，加工半橢圓曲線輪廓部分的精車程序如下：

SK03.MPF；（主程序名）

G90 G95 G54；（建立工件坐標(biāo)系，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)在左端面中心點(diǎn)上，每轉(zhuǎn)進(jìn)給，絕對(duì)坐標(biāo)編程）

T1D1 S1500 M03；（主軸正轉(zhuǎn)，T01是55度菱形刀）

R1=30；（長(zhǎng)半軸）

R2=20；（短半軸）

R3=30；（Z軸起始軸尺寸）

MA2:R4=20*SQRT(R1*R1-R3*R3)/30；（函數(shù)方程計(jì)算公式）

G01 X=2*R4 Z=R3-30 F0.1；（以直線插補(bǔ)擬合橢圓曲線）

R3=R3-0.5；（每次步距0.5mm）

IF R3＞=0 GOTOB MA2；（條件轉(zhuǎn)移：R3當(dāng)大于等于0時(shí)，跳轉(zhuǎn)到MA2標(biāo)記處）

圖2 半橢圓曲線輪廓實(shí)例

②豎直外橢圓曲線輪廓的子程序

圖3 豎直外橢圓曲線輪廓實(shí)例

AA5.SPF(子程序名)

G00 X0 Z3；（快速定位）

G01 Z0；（到達(dá)橢圓起始點(diǎn)）

R1=10；（短半軸）

R2=20；（長(zhǎng)半軸）

R3=10；（Z軸起始軸尺寸）

MA2：R4=20/10*SQRT(R1*R1-R3*R3)；（代入公式）

G01 X=2*R4 Z=R3-10；（以直線插補(bǔ)擬合橢圓曲線）

R3=R3-0.5；(步距，每次0.5mm)

IF R3＞=-4.359 GOTOB MA2；（條件跳轉(zhuǎn)：當(dāng)R3大于等于-4.359時(shí)，跳轉(zhuǎn)到MA2標(biāo)記處）

G01 X36 Z-14.359；

Z-20；

X46；

X48 Z-21；

RET；（子程序結(jié)束）

③正切曲線輪廓部分的子程序

正切曲線輪廓見(jiàn)圖4，正切曲線輪廓部分的子程序如下：

R1=81.469；（角度）［反正弦函數(shù)ATAN（20/3）］

R2=-R1；

MA2:R3=R1*3.1416/180；（角度轉(zhuǎn)化為弧度）

R10=(3*TAN(R1))-20；（代入公式Z向）

R11=(-5*R3)*2+87.781；（到中心的位置）（代入公式X向）

G01 X=R11 Z=R10；（以直線插補(bǔ)擬合正弦曲線）

R1=R1-1；（步距,每次走一度）

IF R1＞=R2 GOTOB MA2；（條件跳轉(zhuǎn)：當(dāng)R1大于等于R2時(shí)，跳轉(zhuǎn)到MA2）

G01 X98 Z-40；（到正弦曲線的終點(diǎn)）

RET；（子程序結(jié)束）

圖4 正切曲線輪廓實(shí)例

④拋物線輪廓部分的子程序

拋物線輪廓見(jiàn)圖5，拋物線輪廓部分的子程序如下：

X2=4Z

圖5 拋物線輪廓實(shí)例

R1=5；（X軸的起點(diǎn),半徑量表示）

R2=0；（Z軸的起點(diǎn)）

MA2:R3=SQRT(4*R2)；（代入公式求在拋物線上X軸的坐標(biāo)）

G01 X=2*(R1+R3)Z=-R2；

R2=R2+0.5；（步距,每次0.5mm）

IF R2＜=13.408 GOTOB MA2；（條件跳轉(zhuǎn)：當(dāng)R2小于等于13.408時(shí)，跳轉(zhuǎn)到MA2）

RET；（子程序結(jié)束）

（注：開(kāi)根號(hào)后，數(shù)值為正值。故與原來(lái)的符號(hào)相反）

以上實(shí)例已在西門子802D系統(tǒng)的數(shù)控車床上通過(guò)加工運(yùn)行檢驗(yàn)，并加工出合格零件。

5 結(jié)語(yǔ)

宏程序的應(yīng)用可以在數(shù)控車削中進(jìn)行非圓曲線的插補(bǔ)，以解決數(shù)控車削中系統(tǒng)沒(méi)有非圓曲線插補(bǔ)功能這一不足。而且使編程計(jì)算大大簡(jiǎn)化，程序的可讀性強(qiáng)，易于檢查，提高了編程效率。宏程序編制方法可參照其數(shù)學(xué)公式、微分方程等有關(guān)知識(shí)并結(jié)合圖形尺寸要求進(jìn)行具體分析，確定出合理、簡(jiǎn)潔的工藝路線，從而充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的潛在功能，提高加工效率和質(zhì)量。此外，在加工同類形狀的工件時(shí)，只需在調(diào)用宏程序時(shí)給參數(shù)賦不同的值即可完成，無(wú)須每個(gè)零件分別編制一個(gè)程序。合理有效地利用宏程序編程可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，提高零件的形位精度。

［1］袁鋒.全國(guó)數(shù)控大賽試題精選［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］馮志剛.數(shù)控宏程序編程方法、技巧與實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］卞化梅.非圓曲線零件的數(shù)控車削加工編程［M］.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（4）：41-44.

The Method of Using Macro Program and Processing Non-circular Curve in Siemens 802D System and CNC Lathe

Li Jicheng
（Guofang Science and Technology Technician Institute of Guangdong Province，Guangzhou Guangdong 510000）

The processing of non-circular curve is the difficulty of CNC lathe,based on the paper elliptic,sine curve, a parabola as an example,this paper described the use of the Siemens 802D system,rough cutting cycle instruction CYCLE95 and programmable zero offset command to call a subroutine compiled macro TRANS method of procedure, and the program have been tested by actual processing.

siemens 802D system；CNC lathe；macroprogram；non-circular curve；ellipse

TG659

A

1003-5168（2017）07-0060-03

2017-06-12

李繼承（1984-），男，本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：數(shù)控技術(shù)。