1、- 1 -非圆曲线数控车建模及应用信连志 一 简介： 我企业数控设备的不断增加，加工数控化程度越来越高。在数控车床上利用宏程序编程加工，是一种简单高效的方法。当我们需要编写大批相似零件的数控程序，参照 Heidenhain 系统，通过变量设置功能，编写模块化宏程序，这样只需改动几个数据就可进行大量重复编程。本文通过使用数控系统 FANUC 编程代码，以倾斜椭圆类零件为例，对倾斜椭圆类零件的各类形态进行了详细的数控宏程序编制，程序编制从数学模型的建立、进（退）刀方式的选择、刀具选择、程序通用性等方面进行了论述，探索倾斜椭圆编程的本质规律，使程序更加简洁短小，但程序所含内容更加丰富。通过做成模块化
2、形式，在通用性上各数值不作计算，随倾斜椭圆的参数调整变量，即可得到具体的加工程序。使FANUC 系统具有部分 Heidenhain 系统功能，具有快速、简介通用性强的特点。二 应用领域：数控设备工艺编程。三 与国内外行业对比：Heidenhain 数控系统普遍认为是高精加工数控系统，也是最昂贵的数控系统。该系统内部设置很多模块化的程序，采用人机对话的方式，编程人员只需输入几个控制参数，即可加工所需的轮廓形状。例如车削椭圆，只需输入圆心坐标、象限、每刀切削深度参数，其余的刀具路径的控制由数控系统自动帮你完成。四、技术原理：利用 FANUC 系统的宏程序控制功能，参照 Heidenhain 系统的
3、模块调用方式。将模块化宏程序以子程序的方式存储，只需改变主程序调用宏程序行的赋值参数，即可在不改变子程序模块的方式下，加工不同尺寸的相同形状的工件。五、创新点：编制非圆曲线的模块化宏程序，参照 Heidenhain 系统，使非圆曲线编程具有对照模块输入功能，降低编程难度，使一般操作者按非圆曲线类型选择模块，填入相应参数即可编制加工程序。六、实例倾斜椭圆模块化宏程序应用倾斜椭圆的数学模型倾斜椭圆类零件的数控车削加工解决思路：利用高等数学中的坐标变换公式进行坐标变换，虽然公式复杂，但编程简单，程序长度比较短；如图 1-1 所示，细实线为旋转前的正椭圆，粗实线为将正椭圆旋转 角度之后的倾斜椭圆。利用
4、旋转转换矩阵对曲线方程变换， cosshii可得如下方程（旋转后的椭圆在坐标系下得方程）：- 2 -cossiniz其中，XZ 为旋转前的坐标值 XZ为旋转后的坐标值， 为旋转角度。（1）选择角度为自变量若选择角度为自变量，则可将参数方程 cosinazb代入上式，得：cosinsicb（2）选择 Z 为自变量若选择 Z 为自变量，则可将标准方程转换为21azb代入前式，可得：cos1sin inco 22azbzx2 实际加工实例1 数控加工图（1）所示含倾斜椭圆曲线段的零件，编程如下：设工件坐标系原点在椭圆中心，刀具到位点在曲线加工起点，倾斜椭圆曲线段加工变量处理如表所示。1 倾斜椭圆曲线
5、的车削加工- 3 -图 1 倾斜椭圆曲线段加工示意图倾斜椭圆曲线加工程序变量处理表序号 变量选择 变量表示 宏变量1 选择自变量 Z #262 确定定义域 25,0 #4,#53 用自变量表示因变量的表达式251zcossiniz#24=#2*SQRT1-#26*#26/#1*#1#7=#26*SIN#5+#24*COS#5#8=#26*COS#5-#24*SIN#5运用条件转移指令（IF 语句）编制精加工程序如下：O0039（程序名）M03S200（正转、转数 200/min）T0101(1 号刀一号刀补)G54G0X100Z100（建立工件坐标系）M8G0X30Z50G65P6001A25
6、B15C25I0J15K0.2A=25(长轴半径#1) B=15（短轴半径#2）C=25（自变量起点赋初值，该值为旋转前的值#3）I=0（自变量终点赋初值，该值为旋转前的值#4）J=15 角度赋值#5（旋转角度 赋值#5）K=0.2（坐标增量赋初值#6）G0X100Z100M09M05M30O6001（模块化宏程序）#26=#3 （自变量#26 赋初值）N10#26=#26-#6 （#26 减增量）- 4 -#24=#2*SQRT1-#26*#26/#1*#1 （计算旋转前的 X 值）#7=#26*SIN#5+#24*COS#5 （计算旋转后的 X 值）#8=#26*COS#5-#24*SIN
7、#5 （计算旋转后的 Z 值）G01X2*#7Z#8F0.1 （直线插补逼近曲线）IF#26GT#4GOTO10 （如果#26 大于#3 时跳转至 N10 程序段）M99实际模拟加工刀具路线图片加工实例 2数控加工图（2）所示含倾斜椭圆曲线段的零件，编程如下：设工件坐标系原点在椭圆中心，刀具到位点在曲线加工起点。图 2运用条件转移指令（IF 语句）编制精加工程序如下：O0033M03S400T0202G0X52Z2G0X31G1X51Z-14.18F0.2G0X0Z15.5- 5 -G65P6001A25B15C25I0J15K0.2A=20(长轴半径#1) B=-10（短轴半径#2）C=15
8、.5（自变量起点赋初值，该值为旋转前的值#3）I=-9.02（自变量终点赋初值，该值为旋转前的值#4）J=-30 角度赋值（旋转角度 赋值#5）K=0.2（坐标增量赋初值#6）G0X100Z100M09M05M30O6001（模块化宏程序）#26=#3 （自变量#26 赋初值）N10#26=#26-#4 （#26 减增量）#24=#2*SQRT1-#26*#26/#1*#1 （计算旋转前的 X 值）#7=#26*SIN#5+#24*COS#5 （计算旋转后的 X 值）#8=#26*COS#5-#24*SIN#5 （计算旋转后的 z 值） G1X2*#7Z#8F0.15 （直线插补逼近曲线）IF
9、#26GT#3GOTO10 （如果#26 大于#3 时跳转至 N10 程序段）G0X100Z50M05M30实际加工实例 3数控利用参数加工图所示含倾斜椭圆曲线段的零件，编程如下：设工件坐标系原点在椭圆中心，刀具到位点在曲线加工起点，使用 PDJNR2525M15 刀杆、DNMG150606-PM-4215 刀片- 6 -模拟与实际加工图 O0060（程序名）M03S200（正转、转数 200/min）T0101(1 号刀一号刀补)G54G0X100Z100（建立工件坐标系）M8G0X30Z50G65P6001A25B15C25I0J15K0.2G0X100Z100M09M05M30O6001
10、（模块化宏程序）#26=#1 （自变量#26 赋初值）N10#26=#26-#4 （#26 减增量）#24=#2*SQRT1-#26*#26/#1*#1 （计算旋转前的 X 值）#7=#26*SIN#5+#24*COS#5 （计算旋转后的 X 值）#8=#26*COS#5-#24*SIN#5 （计算旋转后的 Z 值）G01X2*#7Z#8F0.1 （直线插补逼近曲线）IF#26GT#3GOTO10 （如果#26 大于#3 时跳转至 N10 程序段）M99结论本文运用数学分析方法，把倾斜椭圆参数长轴 a、短轴 b、倾斜角度 、等转换成宏程序变量，编制成加工程序，多数加工情况下粗精时只需改变变量，体现了宏程序短程序大容量的特点，实际运用中可将非圆曲线中椭圆编入 O6000-O6100 子程序序列，抛物线编入O6200-6300 子程序序列，正弦曲线编入 O6400-6500 子程序序列等方法，使非圆曲线程序编制简洁快速，生产中推广应用具有现实意义。
