非圆曲线数控编程技巧

    在数控加工中出现非圆曲线是现代企业加工中重要元素。非圆曲线包含双曲线、椭圆、正弦、余弦、抛物线等。包含这些曲线的零件在智能制造中成为主流,也是零件质量好坏的关键。目前的数控机床还不能直接进行曲线轮廓加工,数控设备只能进行直线插补和圆弧插补,鉴于这样的特点,非圆曲线加工可以将轮廓分成若干小的线段,通过线段拟合的方式无限逼近非圆曲线的形状,线段数量的多少,可以根据轮廓形状误差的要求决定,但加工时节点也不能太多,太多会导致计算量增加,此时可以利用宏程序简化编程,提升加工效率。本文就以日本FANUC数控系统为例,描述宏程序编写非圆曲线的步骤以及编程技巧。

    1 非圆曲线编程技巧

    (1)自变量的选择。根据非圆曲线的形状要求,来确定采用哪个轴作为自变量。通过多年的操作经验一般选取变化范围较大的轴作为自变量,在选取时要考虑到表达式是否简单,一般情况主要把z轴作为自变量。FANUC自变量一般从#1-#200选取。

    (2)在确定自变量的起点和终点坐标时要充分考虑非圆曲线在坐标系中的位置,把非圆曲线的起点在坐标系中的坐标作为自变量的起始值,非圆曲线的重点坐标值作为自变量的终点值。另外,宏表达式要对应因变量和自变量的关系,尤其要注意曲线不同方向表达式的符号选择。确定非圆曲线起点跟工件坐标系的偏移。

    (3)确定非圆曲线宏程序加工方案。这里以FANUC数控车床为例,设定Z轴用#1表示,#2作为中间量,#3表示X轴,△z表示Z轴偏移量,△X表示X轴偏移量。则根据曲线公式会得到以下宏程序编程模板。

    #1=z1(z1表示轴自变量的起始坐标)

    N10#2=#1+△z(中间量等于起始量加偏移量)

    #3=宏程序表达式(应变量和自变量之间的关系)

    G01X[2*#3+△X]Z[#1]F(用线段拟合非圆曲线)

    #1=#1-0.1(每0.1mm作为一个拟合线段区间)

    IF(#1GEz2)GOTO10(z2为重点坐标值,判断是否到达终点值)

    2 以椭圆为例,讲述非圆曲线宏程序

    前面讲述了非圆曲线编程模板,通过模板可以快速准确的实现非圆曲线的编程加工。下面以椭圆为例,介绍FANUC系统椭圆加工宏程序编制。如图1所示,右端为半椭圆轮廓,毛坯尺寸Φ45*92mm、毛坯材料为45号钢。

    根据图2可知,该椭圆轮廓为椭圆一半,Z轴较长,适合选择Z轴作为自变量,以工件右端中心建立工件坐标系,椭圆中心与坐标原点的偏移量为Z-60,椭圆的长半轴为60mm,短半轴为20mm,中间偏移量为60mm,X轴向没有偏移。椭圆的起点值为Z0,终点值为Z-60。根据毛坯尺寸具体编程如下: