西門子系統R參數在非連續函數曲線編程中應用

卞迪

（沈陽航空航天大學, 沈陽110136）

0 引 言

在數控加工中手工編程方法是所有數控編程的基礎，而掌握有關宏指令的編程方法和原理，可以更好地提高編程和加工的效率。在實際生產中及全國各地的各類數控競賽中，手工編程（尤其是宏程序和宏指令的使用）是一項重要的考項。文中以數控銑加工非連續函數曲線為例，結合作者參加競賽的經驗，總結了此類函數曲線在西門子系統中使用R參數及宏指令編程的方法，將編程參數化，以供生產加工和競賽培訓參考。

1 分析圖樣

1）在直徑不小于φ60 mm的兩根鋁合金棒料上，先加工成圓柱體，再在圓柱體的上截面上分別加工“心”形凸臺和凹臺圖案，如圖1所示。

具體加工要求：

a.圓柱體的半徑為30 mm，誤差小于0.02 mm；“心”形圖案控制在圓柱體的上截面范圍內。

b.“心”形輪廓線函數為

c.控制“心”形圖案的坐標點( f(0),0)=(0,0)位置，使圖1（a）所示的“心”形凸臺位居棒料上截面的正中心，凸臺高度5 mm，誤差小于0.15 mm。

d.控制“心”形圖案的坐標點( f(0),0)=(0,0) 位置，使圖1（b）所示的“心”形凹臺位居棒料上截面的正中心，凹臺深度3 mm，誤差小于0.15 mm。

e.控制棒料上截面的平整度、粗糙度和輪廓線尺寸及公差，使加工后的兩根棒料上截面能夠無縫對合。

2）通過對圖形輪廓曲線函數和加工要求的分析，有如下特點:

a.是由2個函數曲線共4段組成。其中：

式（1）為輪廓上半部分半圓的函數曲線，式（2）為輪廓下部半邊的函數曲線。

b.a是可變量，在現場加工比賽中給出具體數值。

c.加工的輪廓要在材料的正中心，如果按函數曲線公式編程則輪廓會偏離正中。

由于式（1）和式（2）是非圓弧曲線，不能直接使用圓弧插補指令，只能通過使用直線插補指令用小線段趨近擬合加工實現。因此，在編寫加工程序時必須使用R參數和宏指令來完成，才能保證當a改變時輪廓加工和位置中心的正確性。而且，程序簡潔、通用性好。

2 程序編制

1）變量的設定。選取曲線公式（1）中的f(x)、x和曲線公式（2）中的g(x)、x作為變量，即可得到加工中所需坐標Y、X值。根據公式的特點，編程時選擇x為自變量，程序中用參數R2表示；f(x)和g(x)為因變量，用R3表示；而自變量x的最大值用R1表示，常數a則用R0表示。

2）變量的取值范圍。在所給的公式中沒有給出x的取值范圍，根據公式(1)函數曲線的特點，可知起點和終點皆滿足f(x)=0，則可推導出x的取值范圍為0～2a。公式(2)函數曲線由于與公式(1)相切，故起點在2a，x=0滿足終點在g(x)最大的條件，因此，公式(2)的x取值范圍為2a～0。

3）變量的表達式轉換。根據自變量的設定，可將函數曲線公式轉化為R參數的表達式。例如曲線函數公式（2），將g(x)、x用參數R3和R2表示，公式轉換為R3=R0*((ASIN(R2/R0-1)/180)-1/2)*3.1415926，這里要注意，ASIN(R2/R0-1)/180部分中的角度要轉化成弧度。

3 實際應用

在編程中，將輪廓曲線分成4個部分，如圖2所示。

1、2部分對應公式（2）的函數曲線；3、4對應公式（1）的函數曲線。

程序以西門子828D數控系統的格式編寫，凸輪廓的精加工程序如下：

加工結果如圖3所示。

4 結 語

1）在這個多段函數曲線的連續加工編程中，要注意兩段相同函數曲線的相對連接，應該使用圓弧插補指令銜接。對于凸凹配合的零件，加工內、外輪廓時使用了刀具補償，銜接圓弧的半徑大小與所選刀具直徑相關，如果處理不好則程序無法執行，或者程序可執行但零件無法配合。

2）編程時要充分理解函數曲線，如何轉換成數控編程所需的直角坐標，所有的非圓曲線都是使用直線插補命令小線段逼近擬合加工實現，包括CAD/CAM軟件生成的加工程序也是類似算法實現的。

使用R參數編制類似曲線的方法如下（遞增方式）：

R1=A

R2=B

R3=C

XH:

G01 G64 X=R2 Y=R3

R2=R2+K

R3=曲線函數公式

IF R2 ＜R1 GOTOB XH

程序中，A代表曲線變量的最終值或角度；B代表曲線變量的初始值或角度；C代表變量為初始值時對應函數曲線的初始值；K代表曲線每次變化的數值或角度，數值越小則曲線越平滑，計算量也越大。根據曲線起始點的不同也可以改為遞減式，實現不同方向的加工，以取得更好的加工效果。

3）文中以“全國高等院校工程能力應用大賽”中“數控技術”賽項的零件加工部分為例，講解了對于非連續函數曲線用R參數編程的方法和思路及在實際編程中應注意的問題，所有程序都經過西門子828D系統模擬和實際加工驗證。如果能夠掌握這種方法和思路，那么在其它系統上只需將相應的語句改為適合本系統的格式即可，無論對于企業中的實際生產還是課程教學都會有所幫助。