指数曲线零件的数控车削加工

■河南航天液压气动技术有限公司 （郑州 451191） 李永健■北京航天新风机械设备有限责任公司 （100854） 冀晓渊

指数曲线零件的数控车削加工

■河南航天液压气动技术有限公司 （郑州 451191） 李永健
■北京航天新风机械设备有限责任公司 （100854） 冀晓渊

摘要：随着现代制造技术的发展和数控机床的日益普及, CAM软件应用逐渐替代了手工编程，但在一些特殊曲线零件的加工中，宏程序依然具有一定优势。文中讲述了特殊指数曲面的数控车削加工，在西门子802Dsl系统中，利用宏程序编程完成了该曲面的数控加工。

在对零件进行数控加工前，首先要进行数控加工程序的编程。宏程序的使用对提高数控编程的效率相当重要。宏程序属于手工编程的范畴，提供更为高级的编程方式。宏程序不仅可以实现像子程序那样，对编制相同加工路径的程序非常有用，还可以完成子程序无法实现的特殊功能，例如，型腔加工宏程序、固定加工循环宏程序、球面加工宏程序和公式曲线加工宏程序等。虽然目前CAD/CAM编程系统的应用已经很普遍，但由于宏程序具有灵活、高效及快捷等的特点，因此，对特定类型零件的程序编制而言，宏程序使用仍然很重要。

1. 指数曲线零件编程准备

（1）零件外形如图1所示。

曲线A方程

曲线B方程

（2）程序编制分析。①指数函数的一般形式为y=a^x（a>0且a≠1) (x∈R)，它是初等函数中的一种。图1中的曲线由A与B段曲线组合而成，两段曲线底数为变量，幂为小数。②宏程序函数运算。③在一般编制宏程序的过程中碰到平方运算时可以直接写成a×a的形式，开方可用SQRT。像这种指数幂运算没有直接的机床运算符。通过函数运算符和算术运算符可以把数学函数转化成宏程序。在a>0且a≠1，N>0的情况下，a^（logaN）=N，由此得到

图1　指数曲线零件外形轮廓图

表1　宏程序函数运算符号

由等式alogaN=N得a0.7=e0.7lna，故由此可知a0.7就可以用宏程序EXP (0.7×lna)来代替，宏程序的函数运算符号如表1所示。

④指数曲线函数模型。曲线A的加工函数模型

B的加工函数模型为

通过控制X的最小分值，将其曲线分为若干直线段，由宏程序自动计算出节点坐标，采用直线逼近的办法完成曲线的加工。

2. 指数曲线加工程序编制

（1）宏程序的编制。通过指数曲线函数模型，编制宏程序内容如下：

%_N_ZHISHUO_MPF

M03 S600

T1D1

G00 X70 Z5

G1 G42 ZO F0.2

R11=0；（起始值为0起刀点与工件零点重合）

GG:R12=-R11-10.74 ；（函数表达式）

R13=R12*R12（函数运算）

R14=10.74*10.74（函数运算）

R15=R14-R13（函数运算）

R16=2*SQRT(R15)（机床函数表达式）

G1 X=R16 Z=R11；（直线插补）

R11=R11-0.4；(直线逼近步距)

IF R11>=-6.5 GOTOB GG（条件转移）

R1=-6.5

QQ:R3=-R1+10

R4=EXP(0.5*(LN(R3)))

R6=2*2.426

G1 X=R6 Z=R1

R1=R1-2.5

IF R1>=-84 GOTOB QQ

G0 X70G40

Z200

M5

M30

（2）CAM编制指数曲线加工程序。在上述的曲线中，使用CAD/CAM软件生成的程序通常都比较大,非常容易突破机床数控系统内部程序存储空间的限制；同时，使用CAD/CAM软件来生成刀具轨迹及加工程序,无论构造规则或不规则的曲面,都有一个数学运算的过程,也必然存在着计算的误差。

现采用CAM软件编制的程序如下：

%_N_ZHISHUO2_MPF

( Z H I S H U O 2 . M P F，06/27/11,13:28:59)

N10 G50 S10000

N12 G00 G97 S600 T0101

N14 M03

N16 M08

N18 G00 X79.184 Z2.198

N20 G00 X83.212 Z0.917

N22 G00 X71.540

…

N1146 G03 X59.617 Z-70.899 R1067.747

N1148 G03 X63.045 Z-77.691 R1201.973

N1150 G03 X65.914 Z-83.500 R1341.648

N1152 G01 X70.799

N1154 G01 X69.385 Z-82.793 F20.000

N1156 G01 X80.799

N1158 G00 X83.417

N1160 G00 Z3.641

N1162 M05

N1164 M30

%

其程序有582行，而且自动编程所生成的程序几乎是G01、G02及G03等简单的指令组成，但是后面的数字全部是小数，采用的直线逼近圆或直线逼近曲线组成的，修改特别麻烦。而编制的宏程序只有24行，因此可以看出，宏程序不仅编写精练而且程序运算速度极快；当零件形状相同，而尺寸发生变化时，只需改变变量中几个与尺寸有关的值，其他的表达式无须改变，便可完成同类零件加工程序的编制；在使用宏程时，只要将跟刀具有关的变量改变对应变量，便可较好地控制工件尺寸，运算速度极快,从而可极大限度地提高程序编制效率。

3. 检测结果

通过生产验证，保证了该产品外形面的曲线曲率，同时也发现刀具刀尖圆弧半径值会影响曲线的精度。因此，易采用较小的刀尖圆弧半径并设定较小的逼近线段长度使指数曲线曲率更精确。

4. 结语

利用宏程序功能加工指数曲线类零件，能充分地表明宏程序对于加工典型方程曲线的轮廓具有较大的优势。同时也可以依据上述案例，推导出同类指数曲线零件的程序编制。对于数控编程人员来说，在学习CAM软件的同时，还应加强宏程序的学习与灵活应用，如在椭圆、抛物线、双曲线等零件轮廓的编程中，编制宏程序具用较高的实用意义，对于数控系统功能也会掌握得更深入，也是数控编程人员必须掌握的知识。

收稿日期：（20140910）