函数方程曲线的数控加工
1 数控加工方法简介在数控加工中,目前的编程方法通常有两种:①简单轮廓——直线、圆弧组成的轮廓,直接用数控系统的G代码编程。②复杂轮廓——三维曲面轮廓,在计算机中用自动编程软件(CAD/CAM)画出三维图形,根据曲面类型设定各种相应的参数,自动生成数控加工程序。以上两种编程方法基本上能满足数控加工的要求。但加工函数方程曲线轮廓时就很困难,因为早期的铣床数控系统不具备函数运算功能,直接用G代码不能编制出函数方程曲线的加工程序,(版本较低的)CAD/CAM软件通常也不具备直接由方程输入图形的功能。所以切削函数方程曲线轮廓,目前通常使用的方法是:根据图纸要求,算出曲线上各点的坐标,再根据算出的坐标值用直线或圆弧指令代码编制程序,手工输入系统进行加工。这种方法工作量很大,而且计算大量坐标点容易出错。为了解决以上问题,本文介绍两种实用的函数方程曲线加工方法。
2 两种函数方程曲线的加工方法
图1 圆渐开线曲线
利用加工中心系统的函数运算功能进行加工
在加工中心上利用函数运算功能,根据刀具中心轨迹方程,用直线逼近法编制加工程序。由于按任意的轮廓曲线方程直接编程,数控系统不能进行刀补,所以必须基于轮廓曲线方程用数学方法求出刀具中心轨迹方程。该方法在加工中心系统上,用很少的几条循环指令就能编制出加工程序,且校对方便。
例如,在备有SIEMENS系统的加工中心上加工一段圆渐开线,其直角坐标方程式为
X=r(cost+tsint),Y=r(sint-tcost)
极坐标方程式为
r=2.228(1+t2)½式中:r——极半径,mm
t——渐开线角度,rad,起点角p/4,终止角度19
在该例中,把渐开线绕原点旋转2p,渐开线偏移一个节距(2pr=14)。如使用的铣刀直径为6mm,即刀具中心轨迹偏置:,则坐标轴旋转相应的角度为:14/360=3/A,A=77.143°顺时针方向。编程采用极坐标方程式,其坐标值角度为t-tl。见图1。
利用函数运算功能编制的程序框图见图2。程序如下
%88(用函数运算功能编制的加工程序)
N00 T8 D8
N05 G54 S700 M03
N10 G58 X0 Y0 A-77.143:坐标旋转
N15 R50=-8 R60=3 R61=0 R64=0 R65=0.78 54:铣削深度每次8,分3次,起点角度0.7854rad
N20 G00 X2.228 Y0-5:移到曲线起点
N25 R52=0
N30 R51=1 R55=R52*180/3.1416 R66=19
N35 @614 R53 R51 R52N40 R54=2.228*R53 R56=2.228*R52
N45 R57=R56/R54
N50 @634 R58 R57:计算tl
N55 R59=R55-R58:计算t-tl
N60 G11 G64 X0 Y0 U=R54 A=R59 F150:G11极坐标走直线
N65 R52=R52+0.01:角度增加一个增量值
N70 @123 R52 R65 K-30:下刀点判断
N75 G01 Z=R50 F50:下刀
N80 @123 R52 R66 K-30:判断是否到终点
N85 G00 Z5:抬刀
N90 R50=R50-8 R60=R60-1:
N95 @126 R60 R61 K-20:是否进刀3次
N70 G00 Z50:抬刀
N75 M30:结束
图2 程序框图
图3 参数设定菜单
图4 轮廓及刀具轨迹图
在高版本的CAD/CAM软件中生成程序
如用MASTERCAM7.0,功能入口为:CREAT—NEXT—FPLOT*,列出方程、起始值、终止值、STEP SIZE等。而且在图形转换中不会丢失图素。画出图形后加工方法与a相同。
注意事项
如果轮廓曲线由多个函数组成,则须分段画出,图形转换“精度控制”值的设定必须合适,否则在图形转换中会有图素丢失。
本文提供了两种加工函数曲线的方法,且用于SIEMENS 820加工中心系统上加工空调的圆渐开线压力泵,取得了很好的效果。
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