曲线加工的G代码程序分析

tltcuster

在机械、模具制造行业，经常遇到曲线加工。对于简单的曲线——圆弧，G代码提供了G2、C3、I、J、K、R指令，很容易写出数控程序。但对于一些复杂、特殊的曲线——椭圆、抛物线、渐开线等，当然还有更加复杂的高次曲线，常规的手段就无能为力。笔者根据多年的工作实践，通过借助一些工具软件，经特殊处理，写出G代码程序来解决此类问题。常用的方法有三种：①利用G代码的强大功能，写出宏程序。②借助工具软件Mastercam，生成曲线程序。③用C语言（或其他语言）产生程序的主数据文件，然后手动在文件头尾加上功能语句，成为可以运行的程序。这三种方法都有各自的优、缺点和适用范围，可以相互补充。
- e5 P/ v+ |$ m2 k' c" t1.G代码的宏程序
# B: C9 M7 k8 q- a4 k它提供了变量，算术运算指令（加、减、乘、除），功能函数（SIN，COS，TAN，…），还有控制指令（IF——GO-TO,WHILE——DO）。巧妙的运用这些指令，可以解决很多比较简单、有规律的曲线，如正弦曲线、抛物线等。例1：正弦曲线（如图1）。

( v2 W. W( _. m6 X! D; ]主程序主程序
5 Q. W- d) K8 U, p: U* T…
+ g$ s1 i/ L* W& i) E; {G65P9910AOB360．C100．F100
…
对局部变量设置
#l=0
2 B2 I. ]5 R- n/ B! F! w' I# `$ v#2=360.00
#3=100.00
  y6 J2 ~$ D; J1 ^#9=100.00
5 I2 C2 B+ U0 y5 r. x09910（子程序）
+ H+ |9 d' R  @, Y- HWHILE[#1IE#2]DO1
1 h* A; s5 B9 A+ d#10=#3*SIN[#1]
2 p5 `4 y0 A& sG90Gl#lY#10F#9
/ ?; Y* z3 x/ t" r0 \1 h/ R7 |5 K# Y#1=#1+10．
END1
+ O5 g( I, @4 }$ |- F当然，此法还可以表达较复杂的曲线。宏程序短小精炼，对于存储空间小的设备很适用。具有很强的适应性，只要改动一两个数据就可以进行粗加工。但其晦涩难懂，逻辑复杂，过程中的错误不易发现，对于特别复杂的曲线无能为力。这种方法对编程人员的要求较高，须非常熟练G代码，包括不常用的指令，要有相当扎实的高等数学知识，还要熟悉数控加工操作。
0 W! ]3 O+ c2 q! i( u+ x
/ [, M& L2 g" b% g" v, f  v8 `Mastercam软件的应用
+ t! y- A5 z* u5 e* U! h9 X% \2.利用Mastercam软件
: P' x& ^- v! m9 u: |2 ~* T8 T此软件广泛应用于数控加工，界面亲和，易学易用，能解决G代码宏程序不能解决的问题。以本文给出的工件为例，如图2所示，其曲线由一些离散的坐标点来定义（用于测量），如附表所示。

2 Z: z  A. V' d% ^
! E3 m/ P; Z( i  U6 Y# ^+ K用Mastercam处理，操作流程如下：①先创建点，按坐标值绘制所有已知点。②把所有点按次序联成Spline曲线。③选择加工方式。④生成加工程序。具体步骤如下：
第1步，Create—Point—Position，然后直接输入坐标值，先x轴后y轴，中间用逗号隔开。第2步，待所有给定数据输入完毕后，命令Create—Spline—Auto-matic，系统提示选择第一个点、第二个点及最后一个点，一一点击完成后，系统自动生成Spline样条曲线。第3步，命令Toolpaths—Finish—Chain，用鼠标点击曲线的右（末）端，选择End here命令，确认Done后，弹出Tool parameters刀具参数对话框，根据需要选择合适刀具，再切换到Finish parameters对话框，如图3所示，选择切削参数。该过程中要特别注意几个重要参数的确定：①Linearization决定加工精度，其值越小精度越高，则程序也越长，一般0.01就足够了。②Compensa-tion type意为选择刀补类型，常用的是Computer和Con-trol两种。computer是根据刀具实际情况计算出刀具轨迹，生成程序，不用刀补；Control则不考虑刀具规格，生成有刀补的程序。③Compensation direction，选择刀补方向，一般可根据加工方式和操作方法而定。以上参数确定后弹出管理菜单，如图4所示。第4步，点击Post键，打开后处理对话框，如图5所示，确定机床数控操作系统，此处选择的是FANUC系统，文件是MPLFAN。，注意：后处理文件以MPL开头，其后几位表示简写的数控操作系统。若想更改为其他系统，通过change Post键进行选择，且选中Edit命令，然后点击0K键，生成程序。


4 z2 O# y+ Y7 e5 D% u% [
该工件的加工经过几次摸索：第一次加工时直接利用给出点的坐标值，将两点间近似为一条直线，用G1指令写出程序。结果加工出来的曲线是19段折线，是离散点过于稀疏造成的。第二次，在AutoCAD2002中把离散点用样条曲线Spline命令串连起来，用垂线分曲线，等分它在X轴上的投影，将点的坐标求出来，增加了点的个数。且人为在原有两点之间插入若干个点，全部写入程序。此法虽然能解决问题，但很繁琐，且程序庞大，易出错。第三次，使用Mastercam，采用样条线把离散的点连起来，直接生成满足精度要求的程序，与方法二相比，生成程序短小精炼，正确率高。该方法高效、简单、便捷，可以解决只给定离散点的曲线形式，对操作者要求较低。
$ G" _- O  G4 h" S$ P1 K9 p! J) r
- S" B/ X. A7 {- l# V  g, @曲线加工的数据编程
  X4 y$ t% E0 }5 @3.用C语言（或其他语言）生成程序的数据主体
某产品，其外形是一个很复杂的曲线方程，用宏程序很难（甚至不可能）把它写出来，而Mastercam则无法输入函数方程。此时，借助C语言来生成数据主体。
例：车工曲线方程如下：
& r/ y0 t$ c/ W% T7 o, B" T9 B) x0≤x≤22.1
Y=200.2＋140.653√b
b=0.008754（x/168）＋6.1455（x/168）2
－4.87544（x/168）3＋0.568749（x/168）4
＋0.76587（x/168）5
它很难在Mastercam中绘制。用C语言来计算其离散点，过程如下：
#Include”math．h”
$ J$ t7 q; B3 t8 z/ h% h: _# W#Include”conio．h”
#Include”stdio．h”
Main （）
  d2 g2 L, M9 `, F* j! y* y. y5 L｛
double a，b，d，c，i，e；
/ P5 h6 n# H* @6 QFILE*fp；
fp=fopen（”d：＼s77.txt”，”w＋”）；
/ {4 w4 F. B5 I
0 H# I9 h) T$ A6 A1 w2 L# ^& {+ ]for（i=0；i