数控车床加工抛物线的方法.docx

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1、数控车床加工抛物线的方法摘要：抛物线是一种非圆曲线，在数控车床上面加工比较常用的 有两种方法。一种是利用宏程序，另一种是利用CAD/CAM软件进行自 动编程。用户宏程序是以普通NC指令、采用变量的NC指令、计算指 令和转移指令的组合，通过各种算术和逻辑运算、转移和循环等命令， 而编制的一种可以灵活运用的程序，只要改变变量的值，即可完成不 同的加工或操作，可以显著地增强机床的加工能力，同时可精简程序 量。我校常用的数控车的自动编程软件是CAXA，通过自动编程软件， 利用计算机并以人机交互图形方式完成零件几何图形计算机化、轨迹 生成与加工仿真到数控程序生成全过程。这种编程方法适用于所有的 机床，不

2、仅可以提高程序的准确率，保证零件的加工精度，还大大提 高了生产率。关键词：宏程序自动编程 抛物线 车削加工一、宏程序编程1. 原理：现在大多数数控机床的插补功能只有直线插补和圆弧插补 两种插补功能，而没有非圆二次曲线（如椭圆、抛物线、阿基 米德螺旋线等）插补功能。对于有方程式的非圆二次曲线（如椭 圆、抛物线等），在加工时可用直线或圆弧拟合。由于直线拟合 计算简单，数控系统运算量小，加工速度快，所以比圆弧拟合 应用广泛。采用直线拟合时，用等间距法更简捷，用宏程序容易 实现。等间距法是使某一坐标的增量相等，然后求出曲线上相应 的节点，将相邻节点连成直线，用这些直线段组成的折线代替 原来的轮廓曲线进

3、行直线插补编程。那么这种功能的实现就要用 到宏程序。使用用户宏程序时，用户把实现某种功能的一组指令 像子程序一样预先存入存储器中，用一个指令代表这个存储的 功能，在程序中只要指定该指令就能实现这个功能。通常我们把 这一组指令称为用户宏程序本体，简称宏程序，把代表指令称 为用户宏程序调用指令，简称宏指令。2. 宏程序编程的优点：(1) .宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态 计算能力，可以加工非圆曲线，如抛物线、椭圆、双曲线、三角函 数曲线等；(2) .宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工；(3) .宏程序可以完成工艺路径一样，位置不同的系列零件加工；(4) .宏程序具

4、有一定决策能力，能根据条件选择性地执行某些部 分；(5) .使用宏程序能极大地简化编程，精简程序。适合于复杂零件 加工的编程。2. 零件图工艺分析零件外轮廓简单明了，只有一个抛物线与外圆的相接，在加工上 没有什么难度。我们只要利用55的圆棒料，一次性装夹，因为只 进行外形轮廓的加工，所以加工完以后直接进行切断就可以了。工艺 比较简单3. 程序示例图：抛物线零件图(1)编程思路：上图中抛物线的公式为Z=-0.05*X*X,在数控车的编程中，由于 数控车床的坐标系统是由X轴和Z轴组成的，通过观察上图， 我们要找到与之相对应的关系以方便宏程序的编辑。(2)程序编写：00001 (粗加工主程序)T01

5、01; （93菱形外圆车刀）G00 X100 Z100;（刀具定位，检查对刀的正确性）G99 G97 M03 S800F0.2;（转速 800rP min，进给速度0.2mm/r）G00 X52 Z2;（刀具快速定位到起到点）G71 U1 R0.5;（外形粗加工循环）G71 P1 Q2 U0.5 W0.05 ;（留有0.5mm的精加工余量）N1 G00 X0;（刀具移动到工件坐标系的原点）G01 Z0;#1=0;（定义变量#1为Z的自变量）WHILEV #1LE31.25 DO1 （自变量#1 的范围）#2=-0.05*#1*#1;（抛物线X轴的坐标值）G01 X【#1*2】Z#2 （加工抛物

6、线曲线）#1=#1+0.1；（自变量每次循环的变化值）END1（条件成立，跳转到DO1执行程序）G01 W-40;（后面外圆的车削）N2 X52;（退刀到安全位置）G00 X100 Z100;（快速退刀）M05;（主轴停转）M00;（程序暂停）T0101;（精加工程序）G99 G97 M03 S1800 F0.1;（转速 1800rP min ,进给速度 0.1mm/r）G00 X52 Z2;（快速定位到起到点）G70 P1 Q2;（精加工循环）G00 X100 Z100;（快速退刀）M05;（主轴停转）M30;（程序结束）以上是采用直线拟合抛物线的方法加工抛物面的，若采用圆弧拟 合抛物线的方

7、法加工抛物面可进一步提高加工品质。另外，X轴和 Z轴步距（# 103和# 101）不能设置过小，否则会增加数控系统计算 时间,甚至会造成加工断续的停顿现象。二、计算机自动编程1. 基础知识计算机自动编程是当前最先进的数控加工编程方法，它是利用计 算机以人机交互图形方式完成零件几何图形计算机化、轨迹生成与加 工仿真到数控程序生成全过程。操作过程形象生动、出错机率低。图 1为数控车自动编程、加工的过程。其中工件图形计算机化工作基本 上以二维绘图软件功能为限，数控车加工工艺规划主要包括机床选 择、刀具参数、切削参数、切削精度、切削次数、走刀方向、编程原 点等等。自动编程软件中有代表性的是CAXA数控

8、车和MasterCAM数 控车。工件图形计算机化切削工艺规划走刀轨迹生成加工仿真后置处理NC程序生成NC程序传送实际切削加工图1数控车自动编程的过程2. 、CAXA数控车软件操作1.零件图形计算机化进入CAXA数控车2011的操作界面，绘制试件的零件图。点击菜 单栏曲线生成（C）选择公式曲线。,绘图窗口将弹出设置对 话框。在“公式曲线”对话框中进行各项设置，设置如图1所示。绘 图公式中的X轴与机床中Z轴对应，Y轴则对应于机床中的X轴。曲 线的描述则需要一定的数学基础，一些曲型曲线可通过查表得到，如 抛物线、椭圆、双曲线，且还应化成参数方程的表达形式。精度就是 用8样条拟合公式曲线所要达到的精确

9、程度，对于公式类曲线，精度 控制选项十分重要。其它轮廓曲线参照相关菜单命令完成，完成如图 2所示。航间I起均籍止苗:公日I五.虫淞公式曲媛半桁系F-广角度a直佳坐枢弟r弱坐惊系存皓提皿明岭确斥门1取消rciX : =1+Y . =|-0.05*-.*：图1公式曲线对话框图2零件轮廓的绘制2.机床设置在生成刀具走刀轨迹前应有针对性地根据加工时所选用的机床进 行机床设置。具体操作为：点击菜单栏数控车(P)，选择机床设 置(M)。，绘图窗口将弹出设置对话框。在“机床设置”对话框 中进行各项设置，设置如图3所示。机床类型设置机床君：FAOC保存更改增加机床册除机床行号地址；行结束符；速度指令:F换刀指

10、令:T快速穆动：(500版圆弧抽补：G02逆圆弧插补:G03直魂插补：GO1主轴转速：S主轴正转：M03主轴反转：M04主轴停：M05冷却灌开：H08冷晌美：M09绝对指令:GQO相对指令:鸵1恒统痍度；湖恒角速度：御是高转速限制：制螺切削:G33半径左补偿：G41半径右补僖；G42半径补修关闭；G40长度补僖:G43坐标系设置：(554延时指令：G04延时表示：K每分进给：(8程序停止；1130程序起始将号;%程序结束符号；%每转进给：螺纹节距：螺纹切入相位：Q匚轴绝对指令:C匚轴相对指令：C回退初玲安全高度 陶 回退峻全高度(G99):伽匚轴起始角度：L刀具号和补僖号输出位数：|317图3

11、 机床类型设置对话框CAXA软件的程序格式，以字符串、宏指令字符串和宏指令的方 式进行设置，其中宏指令为$+宏指令串，下面是系统提供的常用宏指 令串：当前后置文件名：POST_NAME补偿关闭：DCMP_OFF冷却液开：COOL_ON 冷却液关：COOL_OFF 程序暂停：SPN_OFF 程序结束：PRO_STOP 左补偿：DCMP_LFT右补偿：DCMP_RGH主轴正转：SPN_CW主轴设定：SPN_F主轴转速：SPN_SPEED刀具调用：CHANGE_TOOL刀具号：TOOL_NO刀补号：COMP_NO3. 后置处理设置后置处理就是针对特定的机床，对后置输出的数控序的格式进行 设置。具体操

12、作为：点击菜单栏数控车(P)，选择后置处理设置(P)。,绘图窗口将弹出设置对话框。在“后置处理设置”对话 框中进行各项设置，设置如图4所示。后置处理设置区机昧名：|FUIUC输出文件最大长度:回-EB古匿程片号.忘厂行号设置是否输亍号：C输出 (5不输日:亍号是否-直湛：r埴渥 (3不垣情，亍号位数-厂起如行W-硕行号增星= 一痈捍广式,没昔：噌史花克蝙程此时 唯信是百尤比.演是 r s坐有辎匕本式：-数r整数而味分券宰|1000输u到个数.点应醐径制玛：r圆心坐拣工丁, k)t?：觐坐程 ”,舶寸舍叉：r芜对坐标&圆咨相对起M. r矗点相对圆心r的各mr回孤;w匿明京r 度明正r SV 16

13、0度时月二：r,球示r输lj回邪平面省令r】.但表示半控诉直国 7虽示生成的代瓯(回菲回心；.弟堇去而=役回弭员心检i垣哀示宜泾倪存确定Q取消匡】图4机床类型设置对话框4. 抛物线曲面粗车刀具轨迹生成点击菜单栏数控车(P)，选择轮廓粗车(R)。,绘图窗口 将弹出设置对话框。所有参数的设定主要用于对粗车加工中的各种工艺条件和加工方式进行限定，设置过程需要有一定的加工操作经验， 并参照机床功率、刀具切削加工性、材料的切削性能等，并在加工削 切中不断调整形成自我的知识体系。如图69所示，针对加工实际情 况完成对话框各列表的设置，如图58所示。加1米煎 讲退门方式 圈岬星仔gjJimr底觥型：-俱沽r

14、话百Jul.- IXL 1 部“：才行切可式小工朽厦1 E1_|_工神A 1：一此乓度喘J l|fintLHJiiEE 7-等距方式=衬而1度J厂F洪后新度J |iq山二士触 击艮mF FFi.m星 为w土 司行坪宛加工恿而这刀方云.-.勒口愤囤前既：长应1 i埠宦mt I面行相渭毛坯击JT方式扭角对建方式:r尖岂，：叵贝.形=.1：厂京：者详细干涉检查:；云r n退R时沿枪廊走刀:度是酉刀尖半役补偿:?痛程时企医半古住L由tt.rr主了三去1竺誓行偷至踵明式将行招对挽而朗才式”导加工春面成定佳与如工表百成定信由蜜A演)(S玉直地图5加工参数列表图6进退刀方式列表图7切削用量列表图8轮廓车刀列

15、表完成上述设定后按“确定”键完成设置，系统在状态栏中将提示：拾 取加工工件表面轮廓，按提示完成工件待加工表面轮廓的选择并按 右键结束选择，屏幕又提示：拾取定义的毛坯轮廓，按提示完成毛 坯轮廓的选择并按右键结束选择，屏幕将进一步提示：输入退刀点， 按提示拾取或直接座标输入退刀点完成最后的操作。此时屏幕将以特 殊颜色显示生成的刀具轨迹，如图9所示。图9粗加工刀具轨迹图10精加工轨迹仿真5. 轨迹仿真点击菜单栏数控车（P），选择轨迹仿真（S）。，然后按屏 幕提示完成各项操作。6. 程序代码生成点击菜单栏数控车（P），选择代码生成（G）。，绘图窗口 将弹出设置对话框。在对话框中输入将生成的程序名按“打

16、开”键打 开，接着按屏幕提示拾取刀具轨迹并按右键结束选择，此时屏幕将弹 出已打开的程序文件。7. 抛物线曲面精加工精加工操作与粗加工相类，只是设置的内容针对精加工而定，如图 10所示。四、加工机床操作1. 机床上程序的再校验为防止在传输过程中，在PC机中输入的文件出错或传输过程中数 据的丢失，因而在机床上同样需要再一次校验，在锁定的情况下空动 行并观察作图轨迹是否与目标轮廓一致。2. 装刀对刀操作数控机床自动编程时设置的刀具与我们实际加工中用到的刀具参数 是一致的，所以我们自动生成程序以后，不需要再对程序中的刀具进 行修改，只需要根据设定的刀具选择刀具，装夹进行对对刀就可以了。 对于这个零件的

17、加工只需要一把93。的外圆车刀即可。六、过程体会：1. 宏程序的学习对于一线的生产工人学习有一定的困难，况且不同 的系统的宏程序功能有较大的差异，象广州数控GSK980T在此方面存 在不足，本文较好地解决了上述问题。2. 发挥CAD/CAM软件的自动编程功能（如CAXA数控车MasterCAM数 控车）的优势，将一些回转轮廓是非圆曲线（如抛物线、椭圆、双曲 线等）实现自动编程加工，扩大数车的加工范围。3. 自己动手，实现软件的自动编程、PC机与数控系统的数据通讯， 在教学生产上实现了较好的效益。参考文献：1. 北京北航海尔软件公司CAXA数控车2000用户指南2. 广州数控设备有限公司GSK980T车床数控系统使用手册3. 廖卫献编著 数控车床加工自动编程 国防工业出版社2002. 64. 宋放之等编著数控工艺培训教程清华大学出版社2003. 65. 范悦等编著CAXA数控车V2实例教程 北京航空航天大学出版社2002.2