李繼承
(廣東省國防科技技師學(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,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和可編程的零點偏置指令TRANS來調(diào)用子程序編制宏程序的方法,而且各程序都經(jīng)過了實際加工的檢驗。
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,目前數(shù)控系統(tǒng)還未提供完善的非圓曲線插補功能,因此實際操作中非圓曲線的編程多采用宏程序來完成。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。
當(dāng)前較先進的數(shù)控加工系統(tǒng)都為用戶配備了強大的類似于高級語言的宏程序功能[1],用戶可以使用變量進行算術(shù)運算、邏輯運算和函數(shù)混合運算,通過其所提供的循環(huán)語句、分支語句和子程序調(diào)用語句大大減少乃至免除了手工編程繁瑣的數(shù)值計算,是提高機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種場合:①宏程序指令適合橢圓、雙曲線、拋物線等沒有插補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。
數(shù)控編程由于沒有各種非圓曲線的插補指令,需要根據(jù)曲線輪廓的函數(shù)方程y=f(x)將其中的一個參數(shù)自變量在其定義域內(nèi),從一個值域以一定的插補步進距離(如0.02mm、0.5°)逐步向另一個值域變化,從而求出任意一個點的坐標(biāo)值,然后用直線插補G01進行擬合加工。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)方程的數(shù)學(xué)模型
要使車出的曲線為橢圓,即刀尖的運動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(xi,zi),運動到終點(xe,ze)。
非圓曲線的插補的數(shù)學(xué)處理可以采用直線擬合和圓弧擬合,由于在計算中直線只需找起點和終點,而圓弧除起點、終點外還需半徑,因而直線擬合計算簡單。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走直線來逼近輪廓曲線(插補采用的步進距離要根據(jù)零件輪廓的精度來確定)。
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)系零點在右端面中心點上,絕對坐標(biāo)編程,快速定位到參考點)
G95M08T2D1;(每轉(zhuǎn)進給,冷卻液開,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)定可編程零點偏置,標(biāo)記符MA1)
R20=R20-1;(修改X方向可編程零點偏置值,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,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)系零點在左端面中心點上,每轉(zhuǎn)進給,絕對坐標(biāo)編程)
T1D1 S1500 M03;(主軸正轉(zhuǎn),T01是55度菱形刀)
R1=30;(長半軸)
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)方程計算公式)
G01 X=2*R4 Z=R3-30 F0.1;(以直線插補擬合橢圓曲線)
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,跳轉(zhuǎn)到MA2標(biāo)記處)
圖2 半橢圓曲線輪廓實例
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例
AA5.SPF(子程序名)
G00 X0 Z3;(快速定位)
G01 Z0;(到達橢圓起始點)
R1=10;(短半軸)
R2=20;(長半軸)
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,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,跳轉(zhuǎn)到MA2)
G01 X98 Z-40;(到正弦曲線的終點)
RET;(子程序結(jié)束)
圖4 正切曲線輪廓實例
④拋物線輪廓部分的子程序
拋物線輪廓見圖5,拋物線輪廓部分的子程序如下:
X2=4Z
圖5 拋物線輪廓實例
R1=5;(X軸的起點,半徑量表示)
R2=0;(Z軸的起點)
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,跳轉(zhuǎn)到MA2)
RET;(子程序結(jié)束)
(注:開根號后,數(shù)值為正值。故與原來的符號相反)
以上實例已在西門子802D系統(tǒng)的數(shù)控車床上通過加工運行檢驗,并加工出合格零件。
宏程序的應(yīng)用可以在數(shù)控車削中進行非圓曲線的插補,以解決數(shù)控車削中系統(tǒng)沒有非圓曲線插補功能這一不足。而且使編程計算大大簡化,程序的可讀性強,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)知識并結(jié)合圖形尺寸要求進行具體分析,確定出合理、簡潔的工藝路線,從而充分發(fā)揮數(shù)控機床的潛在功能,提高加工效率和質(zhì)量。此外,在加工同類形狀的工件時,只需在調(diào)用宏程序時給參數(shù)賦不同的值即可完成,無須每個零件分別編制一個程序。合理有效地利用宏程序編程可以擴大機床的使用范圍,提高零件的形位精度。
[1]袁鋒.全國數(shù)控大賽試題精選[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.
[2]馮志剛.數(shù)控宏程序編程方法、技巧與實例[M].北京:機械工業(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,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,一級實習(xí)指導(dǎo)教師,研究方向:數(shù)控技術(shù)。