滾壓刀具加工中的宏與參數編程
2023年07月30日 10:52:12
來源：寧波高新區鏡博士科技有限公司 >> 進入該公司展臺
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1 引言
目前，一些附加價值高的刀具，由于形狀復雜，精度要求高，制造難度大，采用普通機床與專用夾具的傳統生產方式已無法加工，必須用數控機床來完成加工作業。 數控加工要編制加工程序，而編制程序的關鍵是刀具相對于工件運動軌跡的計算，即計算加工輪廓的基點和節點坐標，或刀具中心的基點和節點坐標。數控機床一般只提供平面直線和圓弧插補功能，對于非圓的平面曲線y=f(x)，采用的加工方法是按編程的允許誤差，將平面輪廓曲線分割成許多小段，再用直線或圓弧來代替(逼近)這些曲線小段。對于空間立體曲面z=f(x，y)，則是采用“行切法”將其化為平面曲線進行加工處理。此時數值計算的任務就是求逼近直線或圓弧與輪廓曲線的交點或切點的坐標。由于數據較多，數據的計算與處理均借助計算機或工作站來輔助完成。隨著微型計算機的發展，計算機數控系統(CNC)已被數控機床廣泛采用。在數控系統的軟件支持下，CNC不僅能通過數字量去控制多個軸的機械運動，而且和通用計算機一樣，本身即具有*的數據計算和處理功能。編程人員只要建立計算加工輪廓的基點和節點的數學模型，在程序中利用該模型，按加工的先后順序，將計算的結果傳遞到加工指令中去，即可實現一邊計算一邊加工的過程，這就是數控系統中提供的宏和參數編程。開發和利用這種功能，可使程序變得簡潔明了，并可大大減輕編程人員進行數值計算和數據處理的工作量。 2 宏與參數編程
宏與參數編程是數控系統中系統軟件提供給編程人員使用的，其功能和使用范圍隨系統的不同而有所區別，主要包括函數的計算，數據的判斷、轉移及處理等。據美國Fadal CNC88控制系統中提供的宏與參數編程說明，這些功能類似于計算機的高級語言BASIC，如函數運算中有SIN、COS、SOR、ABS、INT、SGN、RND等；數據的判斷、轉移及處理的命令中有IF THEN、GOTO、INPUT、PRINT等。此外，還定義了計算參數V1～V100，數據傳送參數R0～R9，刀具補償值的修正，夾具補償值的修正等等。此處不擬對所有的功能及使用詳加介紹，讀者如欲進一步了解其內容，可查閱有關資料?！?/span> 3 滾壓刀加工的宏和參數編程
滾壓刀是餐巾紙生產中使用的一種刀具，刀具轉動時在平面上留下一個圓弧形痕跡，壓在餐巾紙上，使其封口嚙合。 滾壓刀的形狀是分布在圓柱面上的一個空間立體曲面(見圖1)，這種曲面很難用解析函數z=f(x，y)來表示，加工時不是由x、y、z三個軸聯動來完成，而是由x軸和A軸聯動加工。因此，要建立數學模型，就必須找出x軸變化與A軸變化之間的關系x=f(A)。但弧立地尋找x軸與A軸間的關系比較困難，此時如果沿x軸將圓柱面剪開展成平面，則該空間立體曲面就變成了平面圓弧曲線，而在平面坐標中，圓弧曲線上節點坐標中x與y的函數關系是很容易確定的。
假設沿y軸將圓弧曲線分割成許多小段，將A軸的轉動按圓柱體的直徑轉換成平面坐標中y軸的變化，采用等間距直線逼近方式，令y軸的增量相等(A軸的增量也相等)，則x軸的變化可由圓弧曲線中弦長與弓形高之間的關系，即由y的數值來決定。由此，可建立一組數學模型，當圓弧曲線上的任一節點Pi-1變化到Pi時，有 Ai=Ai+1+ 1 n yi=yi-1+ Dp 360n xi=[( d )2-( d -yi)2]½ 2 2式中 xi、yi、Ai——第i個節點相對應的x、y、A的坐標值 n——A軸1°中所分割的段數 D——滾壓刀圓柱面的直徑 d——圓弧曲線的直徑 上述模型中，當n=10時，即以A軸轉動0.1°作為分割小段，在180°范圍內加工兩條圓弧槽將有上萬個數據。如果這些數據均須預先計算出來，則程序中的數值計算和數據處理工作量將十分巨大。現采用宏和參數編程方法，利用上述數學模型預先算出曲面加工的初值和終值，在程序執行時，每算出一個節點的坐標值，即傳送到加工指令中去，在加工過程中再計算下一個節點的坐標，如此循環直至結束。 4 滾壓刀的加工程序
N1 O1 N2 M6T1(D=10.MM NORSE BALL) N3 G90G0X10.Y0Z100.A0E1H1 N4 M3S600M8 N5 Z-3.3 N5 .5X1.05 N6 A43.84 N7 X0F100.G1 N8 #CLEAR N9 #V1=0 N10 #V10=0 N11 #：LABEL1 N12 #V1=V1+0.0497 N13 #V10=V10+0.1 N14 #V11=43.84+V10 N15 #IF V11 GT 136.16THEN GOTO：NEXT1 N16 #V2=SQR(22.95 22.95-(22.95-V1) (22.95-V1) N19 #R1=-V2 N20 #R2=V11 N21 X+R1A+R2G1F100. N22 #GOTO：LABEL1 N23 #：NEXT1 N24 X10. N27 G90GOX10.Y0Z100.A0 N29 Z-3.3 N30 A24.33 N31 X0F100.G1 N32 #CLEAR N33 #V1=0 N34 #V10=0 N35 #：LABEL2 N36 #V1=V1+0.0497 N37 #V10－V10+0.1 N38 #V11=24.33+V10 N39 #IF V11 GT 155.67 THEN GOTO：NEXT2 N40 #V2=SQR(32.65 32.65-(32.65-V1) (32.65-V1)) N43 #R1=-V2 N44 #=R2=V11 N45 X+R1A+R2G1F100. N46 #GOTO：LABEL2 N47 #：NEXT2 N48 X10. N49 M5M9 N50 G0X0Y0Z0E0H0 N51 M2 程序中 V1——y軸計算參數 V10，V11——A軸計算參數 V2——x軸計算參數 R1——x軸坐標值傳送參數 R2——A軸坐標值傳送參數 程序中N3～N23為加工外圓弧槽程序；N27～N47為加工內圓弧槽程序。 5 結語
宏和參數編程是使用CNC設備行之有效的一種編程方法，特別適用于批量少、形狀復雜而交貨期又短的產品加工。如果產品設計是在計算機工作站進行的，則經過工作站造型即可轉換成加工程序的CAD／CAM。如果產品設計是傳統的人工繪圖，或產品圖紙由客戶提供，再將其搬上工作站，則必然要增加加工準備的時間。而且，有時工作站造型所產生的數據不一定是加工時實際需要的數據。以滾壓刀為例，工作站造型要用空間函數z=f(x，y)，產生的數據是(x、y、z)；而實際加工用的數學模型是x=f(A，y)，需要的數據是(A，x，y)。即使工作站產生的數據能滿足加工的實際需要，但由于數據多(約上萬個)，而CNC設備內存少，如采用直接數據輸入的DNC方式，會使加工過程復雜化，產生故障的幾率較大。 綜上所述，只要加工的產品模型能用基本的數學函數構造出來，宏和參數編程的方法就可實行。
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