函数方程曲线的数控加工

程岩峰

1 数控加工方法简介
8 \' B) Z( Q2 f" h% K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。
/ ?" Z, O, P) J0 J) b7 {2 两种函数方程曲线的加工方法

! U- u' F, {& @图1 圆渐开线曲线
1 X4 n$ Q3 m, g; |6 h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
4 _. D! k* |1 P& lX=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
$ g6 G% T$ ]6 q( p$ ]+ S  it——渐开线角度，rad，起点角p/4，终止角度19
) S# @3 w0 _) L" Z  p) j! u$ b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。
( R) V% e: [" \. F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
- d& L6 I8 k9 YN10 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
0 n- O3 l: z. G# k" yN20 G00 X2.228 Y0-5：移到曲线起点
N25 R52=0
: Y8 g8 X- L2 [; J: NN30 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
1 a( A4 O) Y2 LN50 @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
( I% @+ B$ v* W* j& v* jN70 @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
7 [  e) [+ n3 FN85 G00 Z5：抬刀
. F' F2 X5 f/ ~) y0 N  Y" LN90 R50=R50-8 R60=R60-1：
7 T( e* E+ P9 N5 BN95 @126 R60 R61 K-20：是否进刀3次
4 \/ q" C  d% r, w3 Q; {1 jN70 G00 Z50：抬刀
3 z/ c2 Q9 O: y7 RN75 M30：结束
6 l' ]0 N. V/ f8 B4 P0 h/ G8 X
9 E  [8 v* o- H- _; N) @0 k( y. @图2 程序框图

图3 参数设定菜单
. f+ w, b6 w# y$ d/ s
! Y3 x( O( F% q7 a( N) d& @+ j+ z图4 轮廓及刀具轨迹图
; S( p/ A0 R: Z8 A/ q3 |在高版本的CAD/CAM软件中生成程序
+ l% q  ?1 x. \) r; {" m) d& b$ I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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