西门子系统数车非线性曲线回转曲面加工参数化编程探索

摘要：文章结合本人在教学过程当中所遇到的相关问题，提出利用非圆曲线参数化编程方法完成复杂曲线回转表面零件粗精加工的解决方案，对于提高零件加工精度及生产效率，简化编程程序，节约机床内存，提高设备利用率，具有一定的实用价值。

关键词：数控加工数控编程R参数编程 非线性曲线回转表面加工

Abstract：This passage puts forward a solution for completing rough and finishing machining of the same type parts with complex curve rotary surface,combining with related problems during combination of working and learning teaching process. It has a certain practical valuefor improving parts machining accuracy and production efficiency, simplify the process of programming, saving machine memory and improve equipment utilization.

Key Words: NC Machining,CNC Programming,R Parameter Programming, Nonlinear CurveRotarySurface Processing

1.引言

数控车床加工非线性曲线回转曲面编程时，由于没有专用的G代码指令，通常加工这些曲面时，需要对方程进行解析，并根据所解点坐标进行编程，这样求解方程、计算点的坐标過程复杂，数据运算量大，而且输写程序数据数量巨大，加之取点过少，很难控制零件的加工精度。利用R参数编程，则不必求解方程和计算点的坐标，只需要根据零件加工精度要求简单改变加工参数即可实现零件表面的粗精加工，编程方便，零件加工精度可控，加工效率提高，简化结构程序。

2.参数编程的特点

参数编程适合于那些不能用直线插补G01、圆弧插补G02（G03）加工的能够用数学公式描述的各种类型的非线性回转曲面加工。参数化编程可以满足不同精度要求零件加工，而且省时。程序段内容很少。能够根据型面精度要求高低，设置参数设置数据，程序段字节数量不变。参数化编程逻辑性强。编程时，只要知道型面的数学方程、定义域或值域。把方程的坐标关系和零件的坐标关系换算清楚，利用数学运算、逻辑判断、条件转移等方法，就能编写程序。调试好程序，就能解决一类曲面的加工。

3.部分典型曲线参数化方程

3.1椭圆的参数化方程：X(t)=A+acos(t)；Y(t)=B+bsin(t)。t为编程时的参数变量，通过t的变化,可以定义圆的圆周上的各个点坐标（A，B）为椭圆圆心坐标。a为椭圆长轴，b为椭圆短轴。

3.2抛物线的参数方程：X(t)=t；Y(t)=at2+b。t为编程时的参数变量

3.3双曲线的参数方程： X(t)=a sec(t)Y(t)=b tan(t) ,a为实半轴长， b为虚半轴长，t为编程时的参数变量。比照以上情况，我们就可以对各种数学曲线进行参数化处理并得到其参数化方程。

图1

4.图1零件抛物线曲线部分回转表面参数化编程过程

如图1所示，零件头部的抛物线方程为Z(t)=t；X(t)= 0.03t*t。t为编程时的参数变量，该零件在加工时首先需要对抛物线部分的外形进行粗加工，然后再精加工。粗加工时刀具需要分层对多余的材料进行切削；精加工时刀具要沿着零件理论轮廓走刀，走刀步距要根据零件加工精度确定，精度要求越高，参数设置时变化量越小，相反则越大。4.1、4.2所示程序为粗、精加工参数化编程程序，图2为仿真加工模拟结果。

4.1粗精加工部分程序

PWXJG .MPF 程序名

粗加工程序

N005 G90G54M3S1200;

N010 M6T1D1;选择一号刀，使用一号刀沿

N015 G0X45Z5; 粗加工起始点

N020 R1=24;参数R1：抛物线加工X向终止坐标

N025 MA1:R2=-0.03*R1*R1;参数R2：抛物线加工Z向终止坐标

N035 G0X=R1;开始加工时X向刀具定刀位点

N040 G1Z=R2F0.1;结束加工时Z向刀具停止刀位点

N045 G0X45; X向刀具快速退刀刀位点

N050 G0Z5;Z向刀具快速退刀刀位点

N055 R1=R1-2; 粗加工参数变化值

N060 IFR1>0GOTOBMA1; 条件跳转语句

N065 G0X0Z5精加工起始点

4.2精加工部分程序

N070 R1=0;

N075 MA2:R2=R1;

N080 R3=-0.03*R2*R2;

N085 G1X=R2Z=R3F0.05;

N090 R1=R1+0.01;

N095 IFR1<24GOTOBMA2;

N0100 G0X45Z-15

程序尾部份省略

4.3粗精加工刀具路径、实体仿真及程序

图2粗精加工刀具路径、实体仿真及加工程序

5.椭圆曲线部分回转表面参数化编程过程

图1所示零件回转椭圆曲线方程为Z(t)=27+2*sin(t)；X(t)= -37.7+20*cos（t）。t为编程时的参数变量，此部分粗精加工的走刀路线、加工方法以及编程思路与抛物线曲线部分相同。5.1、5.2所给程序为粗、精加工参数化编程程序，图3为仿真模拟结果。

5.1粗加工部分程序

N0115 G0X45Z-15;粗加工起始点

N0120 R1=90;参数R1：椭圆粗加工X向终止坐标

N0125 MA1:R2=-37.7+20*cosR1;椭圆粗加工X向终止坐标

N0130 R3=27+2*3.5*sinR1;椭圆粗加工Z向终止坐标

N0135 G0X=R3;椭圆粗加工X向起始坐标

N0140 G1Z=R2F0.1;椭圆粗加工Z向终止坐标

N0145 G0X45; X向刀具快速退刀刀位点

N0150 G0Z-15; Z向刀具快速退刀刀位点

N0155 R1=R1-2;粗加工参数变化值

N0160 IFR1>0GOTOBMA1;条件跳转语句

N 0165 G0X45Z-15 粗加工结束退刀点

5.2精加工部分程序

N0170 R1=0; 精加工参数设置

N0175 MA2:R2=-37.7+20*cosR1;精加工X坐标

N0180 R3=27+2*3.5*sinR1;精加工Z坐标

N0185 G1X=R3Z=R2F0.05;

N0190 R1=R1+0.05; 精加工参数变化值

N0195 IFR1<90GOTOBMA2; 條件跳转语句

N0200 G0X45精加工结束X向退刀坐标

N0205Z100精加工结束Z向退刀坐标

N0210M30程序结束语句

5.3粗精加工刀具路径、实体仿真及程序

图3粗精加工刀具路径、实体仿真及加工程序

6.椭圆、抛物线部分全部加工完成后的零件外形图

图4椭圆、抛物线部分全部加工完成后的零件外形图

通过上述程序的试运行，就可以看出，完成非圆曲线轮廓回转表面的粗精车加工程序比较简单，另外如果加工完成的零件精度不能满足工程要求，只要把编好的程序当中的R参数变换增量进行适当调整，就能满足工程要求。

7.总结

R参数编程过程简单，易于掌握，在编程过程中，可以将曲线方程、数学公式等运用到程序中，利用逻辑运算、条件语句将复杂的运算过程转移给操作系统，这样，使好多复杂问题简单化，便于解决工程问题，对生产有指导意义。

8.参考文献

[1] 陈宏军、机械加工工艺施工员手册.北京:机械工业出版社，2008

[2] 薛峰、车工工艺与技能训练.北京:机械工业出版社，2008

[3] 刘明玺、数控车床编程与操作.重庆:重庆大学出版社，2013

[4] SINUMERIK 802S base line 简明操作与编程，2003

作者简介

刘明玺（1964－），高级工程师，男，西安铁路职业技术学院高级工程师。