數控車加工非圓二次曲線零件的程序編制

鄭民

摘 要：數控車床加工是一種自動化的工業生產與零部件加工技術，隨著自動化與信息化的不斷發展，它在工業生產與加工領域的運用越來越廣，并且自動化加工技術水平提升越來越快。數控車加工過程中，非圓二次曲線幾何形狀是加工零部件結合要素中存在的一種，由于這種零部件幾何要素的特殊性，與常規幾何要素的零部件相比，加工生產過程要相對復雜一些，需要通過對于這種零部件的結合要素進行編程設計，以通過數控車自動控制系統進行生產加工實現。在對于非圓二次曲線零部件的數控車加工數學理論進行計算分析的基礎上，結合某數控系統中的宏程序，通過實例進行數控車加工非圓二次曲線零件的程序編程分析與研究，以提高數控車床加工技術，推進工業自動化的發展提升。

關鍵詞：數控車床；自動化；零部件；非圓二次曲線；幾何要素；程序編制

在現代化的工業發展與機械制造領域，隨著工業生產與零部件加工制造設備技術的不斷提升發展，在工業生產與機械加工制造中，不僅工業生產與機械加工技術水平的發展提升越來越快，并且工業生產與機械加工制造設計中，加工制造零部件的結構形式也由簡單以及單一化，逐漸向著復雜化與多樣性方面發展。因此，在現階段的數控車床加工生產中，也經常會碰到一些非圓二次曲線零部件設計加工情況，像橢圓以及拋物線、雙曲線等各種幾何要素與形狀的零部件，在進行這類零部件加工生產中，由于數控車中的自動控制系統不能夠滿足這類幾何要素比較復雜并且多樣的零部件設計與加工控制實現，因此，就需要結合零部件的幾何形狀與要素，進行數控車床自動化控制系統與程序的重新編制，以滿足該類型零部件的生產加工需求。本文將利用某數控系統中自帶的宏程序以及循環指令，通過實例對于數控車加工非圓二次曲線零部件的程序編制進行分析論述。

一、非圓二次曲線零部件加工程序編制的思路分析

通常情況下，在應用數控車自動控制系統以及程序功能進行零部件的加工生產中，對于結構形狀比較簡單的零部件，可以通過數控車自動控制系統本身的系統存儲記憶與功能，實現對于簡單以及常用幾何形狀的零部件進行自動控制加工與生產實現，但是，非圓二次曲線零件，由于零件結構本身的復雜性與多變形，使得數控車生產加工的數量與情況比較少，因此，數控車的自動控制系統就不能滿足該結構類型的零部件生產設計與加工需求，就需要在數控車加工過程中，通過提編制該類型結構的數控車加工生產控制系統與程序來進行具有復雜性以及多樣性的零部件加工生產實現。

如圖1所示，該圖所示的數控車加工零部件設計圖中，就融合了非圓二次曲線幾何要素。該圖所示的零部件為以手柄加工生產設計圖，根據該手柄的加工生產設計圖可以看出，該手柄的右半個部分為大半個橢圓，并且在該橢圓圖形中，橢圓的長半軸長為25 mm，短半軸長為12.5 mm，同時，根據該手柄的設計圖可以看出，要想實現對于該手柄的數控深生產與加工過程，就需要運用數控車自動控制系統中的宏程序，在完成非圓二次曲線零部件生產加工程序的編制設計情況下，完成對于該手柄的數控車床自動生產加工實現。下文將以該手柄設計圖為例，對其編程思路進行分析探討。

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圖1 非圓二次曲線手柄設計圖

根據上文所述以及圖1所示，在進行非圓二次曲線手柄的數控車自動加工程序編制中，首先，由非圓二次曲線，也就是橢圓的相關數學理論可得，非圓二次曲線的標準方程表示公式為（x2/a2）+（y2/b2）=1，將非圓二次曲線的這一標準方程式運用到數控車床車自動控制系統的坐標軸中，即可以得出如（z2/a2）+（x2/b2）=1，在這一坐標軸方程式中，將z看作是自變量，那么，根據方程中所顯示的等式關系，經等式轉換計算就可以得出x=±■。因此，在進行數控車加工非圓二次曲線零件程序編制時，如果以手柄的右端點作為程序編制中的工作原點，那么在進行該非圓二次曲線手柄的自動生產加工程序編制中，對于非圓二次曲線原點與工作原點在z方向上的直線距離就可以設置為25 mm，那么，在進行該非圓二次曲線收手柄的數控車自動生產加工中，由于數控車的車刀沿是按照x的正方向軌跡進行生產加工運行，因此，在進行非圓二次曲線手柄的數控車自動加工生產中，可以將非圓二次曲線方程式中計算轉換出的x負值取消，就有x=■，同時，在數控車加工非圓二次曲線手柄過程中，數控車車刀走刀時應注意通過z變量具體情況進行逐步的進給，并且應用數控專用計算機對于上述方程式進行計算，就可以對于x的相應值進行計算求出，而在數控車加工非圓二次曲線手柄過程中，數控車車刀可以沿著工作母線從工作原點，也就是O點，向工作1點進行生產加工移動，以實現對于非圓二次曲線手柄的生產加工實現，根據非圓二次曲線手柄的這一生產加工移動路線情況，就可以應用數控車控制系統的宏程序，實現對于非圓二次曲線手柄的數控車自動加工生產程序進行編制設計并應用實現。如圖2所示，為數控車車刀加工生產移動路線示意圖。

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圖2 數控車車刀加工生產非圓二次曲線手柄的移動路線示意圖

二、數控車加工非圓二次曲線零件的程序編制

根據上文中對于非圓二次曲線零部件的數控車自動生產加工程序編制思路，也就是對于上圖1所示手柄設計圖中橢圓部分的加工程序編制思路，實現對于圖1手柄中非圓二次曲線部分的程序編制，主要是通過利用調用子程序形式，同時結合某數控系統中的宏程序指令完成的。如下表所示，為#0-#38所對應的宏調用者傳遞的字段參數名。

#0-#38所對應的宏調用者傳遞的字段參數名

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根據上文所述非圓二次曲線手柄的數控車加工程序編制思路以及調用子程序方法和數控系統中宏程序指令形式，對于圖1所示的手柄設計圖中的有半部分非圓二次曲線，也就是橢圓部分的數控車加工程序編制具體如下。

對于該手柄右半部分橢圓的數控車加工生產主程序格式編寫中，通過調用子程序形式，并在結合某數控程序中的宏程序指令格式，進行圖1所示手柄的右半部分非圓二次曲線數控車加工生產應用程序中的主程序格式編寫。具體編寫步驟過程如下所示：

選擇%1000；

編寫并輸入程序指令M03 S800；

T0101；

G00 X28 Z2；

G71 U2 R1 P1 Q2 X0.5 Z0.1 F80；

N1 G42 G00 X0 Z2；

G01 Z0；

M98 P1001 Z-40 A25 B12.5 C25 D0 E0.2；

程序指令以及格式的編寫過程中，主要運用調用子程序形式，同時結合已有數控車控制系統中的宏程序指令與格式，進行所需程序的主程序格式編寫；

按照已有格式輸入程序指令；

G02 X20 Z-70 R40

G01 Z-81

X26

N2 G40 X27

G00 X100 Z100

M05

M30

則可實現對于圖1所示手柄的右半部分非圓二次曲線數控車加工生產程序主程序指令格式的編寫實現，并在此基礎上實現對于整個程序的編制完成。

子程序格式編寫步驟過程如下：

選擇%1001；

根據已知，有#10=#30（表示的是X的當前位置）；

還有#11=#32（表示的是Z的當前位置情況）；

然后有WHILE#11GE[#25]（表示的是當Z大于-40時的條件情況）；

同時有#11=#11-[#4]，在這一程序指令格式編寫設計過程中，Z每運行一個步距的大小為0.2 mm；

然后在根據需要，在輸入#10=SQRT[#1*#1-#1*#1*[#11+#2]* [#11+#2]/#0/#0]+#3后，則可以得到相對應的X結果值；

再以直線插補的方式進行G01 X[2*[#10]]Z[#11]F80；

則有ENDW；

M99；

即實現對于圖1所示手柄右部分橢圓數控車自動控制加工生產程序中子程序格式的編寫設計實現。

在進行上圖示的非圓二次曲線數控車程序編制過程中，M98以及Pxx、Zxx、Axx、Bxx、Cxx、Dxx等程序段所表示的含義為：P表示的是調用時的子程序號，Z表示的是橢圓終點相對工作原點在Z軸方向的坐標值，A、B分別表示橢圓的長半軸和短半軸，E表示步距，C、D表示工作原點相對橢圓原點在z軸以及x軸方向的坐標值。

總之，根據上文分析可知，進行非圓二次曲線零部件數控車加工程序編制，需要根據零部件的特點以及二次曲線方程式，在確定自變量情況下，通過公式推導，按照數控系統的宏程序格式，進行程序編制實現。

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