不遵循笛卡尔坐标系的数控机床加工程序编制.pdf

不遵循笛卡尔坐标系的数控机床加工程序编制 耿欣①顾红光② ① 沈阳理工大学应用技术学院， 辽 宁 抚顺 1 1 3 1 2 2 ； ② 沈阳机床成套设备有 限责任公 司， 辽 宁 沈阳 1 1 0 1 4 2 摘要 针对不遵循笛卡尔坐标系的专用数控机床不能按通用的数控指令进行编程的问题 ， 运用宏程序编制 一 螺旋插补铣的J j n - v 程序。 关键词 笛卡尔坐标系 宏程序 螺旋插补铣 中图分类号 T H1 2 2 ． 1 3 文献标识码 B Th e p r o g r a m o f CNC ma c h i n e n o t f o l l o wi n g D e s c a r t e s r e f e r e n c e f r a me GENG Xi n ① ， GU Ho n g g ua n g ② P o l y te c h n i c S c h o o l ， S h e n y a n g L i g o n g U n iv e r s i ty ， F u s h u n 1 1 3 1 2 2 ， C H N ； S h e n y a n g Ma c h i n e T o o l A u t o m o t i v e E q u i p m e n t C o ． ， L t d ． ， S h e n y a n g 1 1 0 1 4 2 ， C H N Ab s t r a c tAi mi n g a t t h e CNC ma c h i n e c a n t p r o g r a m wi t h s t a n d a r d d i c t a t e n o t f o l l o wi n g De s c a r t e s r e f e r e n c e f r a me， h e r e pr o g r a m a s c r e w i n t e r p o l a t i o n mi l l i n g p r o g r a mm wi t h Ma c r o p r o g r a m． Ke y wo r d sDe s c a r t e s Re f e r e n c e F r a me；Ma c r o Pr o g r a m ，I S c r e w I n t e rp o l a t i o n Mi l l i n g 数控机床的加工程序 编制有 它 自己的标准 G代 码 ， 如 G 0 2 圆弧插补指令 ， 只要指定两个轴 的起点和 加工半径 ， 机床 就能 够直 接走 出圆弧 轨迹。如 G O 2 X1 0 Z1 0 R 5就能加工出R 5 m m的圆弧段 ， 但有一前提 就是指定的两个轴得相互垂直 。标 准数控机床 的 、 l ， 、 z在空间是相互垂直的 ， 即机床 的结构应该遵循笛 卡尔坐标系。但是有些专为一些特定的复杂零件设计 的专用机床 ， 不能遵循这一标准 ， 所以编制加工程序也 1 3 8 图1 机床结构图 不能直接用标 准的 G代码 。这里讲述用宏程序来实 现特殊机床的加工程序的编制 。 1 专用数控机床结构 我公 司研制 的 S U C 8 2 1 0缸盖冷却水孔耐 热块加 工数控机床是专门加工大重量的船用发动机缸盖的机 床 ， 由于加工工件的工艺要求机床结构不能遵循笛卡 尔坐标系， 部分机床结构如图 1所示。 这是机床进给单元结构 y 、 Z、 W位于 B轴转盘之 上 ， 轴带动 轴转盘移动， 当 B轴旋转时 ， z与 的 角度就随之变化 ， 并非垂直 ， 所 以 、 y 、 z不遵循笛卡 尔坐标 系， 因而不 能按标准 G代码直接编 制加工程 序。 2应用宏程序编 制螺旋插 补铣 的加工程序 此机床加工的零件如图 2所示。 加工冷却水孔应先用铣刀将入刀点铣平， 之后用 钻头钻孑 L 。因是圆弧面所以需要进行螺旋插补铣进行 加工 ， 但因为不遵循笛 卡尔坐标系所以不能直接用系 统标准代码编制加工。下面为冷却水孔的宏程序编 制。 主程序 06 0 3 2 等 、 ‘u l0 平 ￡ 卅 I 图2 工件 图 5 O 24 0 GOG9 0G5 3 B 5 0 2； G5 4W0． ； G5 4 XO Y0； M0 3 S 1 0 0； G4 3 H0 2Z 5 0 ．； Z I O ．； M5 1 1 A 5 C 8 0 K - 8 ． 9 R 2 0 F 2 0 0 0 Q 1 D 1 B 5 E 2 0 0； G OZ 3 0 0．； M3 0； 1 利用特殊指令调用子程序 参数 9 0 9 1输 入 6 6 ， 当程序 中有 B 时直 接调 用 0 9 0 0 5号程序 。 0 9 0 0 5 ； B轴旋转子程序 I F [ 1 4 7 E Q 5 0 2 ] G O T O1 0 l 3 槲 _B U F G[ 1 ] ] ； 存储 G 0 ／ G I ； _B U F G[ 3 ] ] ； 存储 G 9 0 ／ G 9 1 ； _B UF G[ 0] ] ； 存储 5 3 ； _B UF F ] ； 存储 F进给倍 率； M 1 6 ； GO 4X 5． 0； G1 G 3G 4B 1 4 7F 5； GO 4 X1 0．； M 1 5； NI O； M9 9； 2 利用 M代码进行的宏程序调用 用 M码调用宏程序 时， 程序号 0 9 0 2 0 9 0 2 9分别 对应 6 0 8 0 6 0 8 9号参数 ， 只要在参数号 6 0 8 1里输入 5 1 1 ， 系统在运行 M5 1 1时 自动调用程序号 0 9 0 2 1的宏 程序执行螺旋线插补 。 系 统 在 运 行M 5 1 1 时 ，读 到 A 5 C 8 0 K 一8 ． 9 R 2 0 F 2 0 0 0 Q 1 D 1 B 5 E 2 0 0系统 自动给变量 15、 38 0、 } } 6一8． 9、 1 82 0、 } } 92 0 0 0、 1 7 I 、 7 l 、 5 、 样 8 2 0 0赋值 。这里面定义 的螺旋插 补铣的 自变量含义为 A为起始点 z值 ； C为从安全位 置到起始位置进给时的进给率 F ； K为终点 z值； R为 圆半径； F为铣削时进给率 值； Q为每次旋转一圈z 进给量 ； D为 以直线逼近时逼近角度 ； B为铣后 回退的 ．． 整 2 0 1 3年第 2期 安全距离 ； E为铣后回退的进给率 F 。 子程序 09 0 2 1 50 6 [ _ B U F G [ 1 4 ] ] ； G O1 Z 1 F 3； 5 0 5} } l o 40 GO 5 ． 1 Q1 ； WH I L E[ 50 5 G T 6] D O 2 ； 5 0 30 WHI L E [ 50 3 L T 3 5 9 存 储 G 5 4 ／ G 5 5 ／ ⋯／ G 5 9， 主程 序里调 用的是 G 5 4 ， 所 以50 6 5 4； 样 1等于主程序里的 』4 1 5 3等于 主程序里 的 C 3 8 0 ； z轴加工起点位置50 5 l 5 ； z轴变量起始值 0； 高速预读功能 ； 判断语句如果50 5大于柏 那么循环 调用 D O 2到 E N D 2之 间的语句 ； 角度变量起始值 0； 9 9 9 ] D O 1 ； 判 断语 句如果 5 0 3小于 3 6 0 。 那 么循环调用 D O1 到 E ND 1之间的 语句 ； 50 5 拌 1 一 o 4； Z轴值 ； 50 1 9 0 一 50 2 ； B轴旋转 角度 ； 1 0 7 撑 1 8 [ C O S [ 5 0 1 ] T A N [ 5 0 1 ] S I N [ 5 0 1 ] ] C O S [ 群 5 0 3 ] ；X轴坐标值 ， 轴因为 B轴旋转后有 补偿量 ； 见图 3 ； 1 0 8 l 8 S I N[ 50 3 ] ； Y轴坐标值 ； 1 0 9 50 5 一 1 8{T A N[ 5 0 1 ] C O S[ 5 0 3] ； Z轴坐标 值 ， z轴 因 为 日轴旋 转后 有 补 偿量 G 6 4 GO 1 G 9 0 G 5 0 6 X一 } } 1 0 7 Y 1 O 8 z } } 1 0 9 F 柏 ； 以直线逼 近圆弧 ； 50 3 50 3 7； 角度变量 以 1 。 为增加量 ； 50 7 3 6 0 ／ 7 ； 圆被分成多少段直线 ； o 4 0 4 [ 1 7 ／ 50 7 ] ； Z轴增加量 ； END1 ； END2； 图3 补偿关系 5 0 30 GO 5 ． 1 Q1 ； 以下内容为螺旋差补铣到达深度后， 在最终的z值下进行一次圆 弧插补铣 ， 将底面铣平 。 WH I L E [ 50 3 L T 3 5 9 ． 9 9 9 ] D O 3 ； 5 019 0 一 5 O 2 1 0 7 } } 1 8 [ C O S [ 5 0 1 ] T A N [ 5 0 1 ] S I N[ 5 0 1 ] ] C O S [ 1 3 9 三次 B样条曲线插补技术修正算法 张万军① ③ 胡赤兵② ③ 邬再新② ③ 张 峰① ③ 张国华① 王保民② ③ ①兰州工业化设备有限公司， 甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 ； ②兰州理工大学机电工程学院， 甘肃 兰州7 3 0 0 5 0 ； ③兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室， 甘肃 兰州7 3 0 0 5 0 摘要 提出一种修正的插补算法， 理论上分析 了三次 B样条 曲线递推公式的泰勒展开式一阶、 两阶求导在 插补周期一定的情况下插补增量只与插 补速度有关。 通过改变插 补增量就可 以达到修正三次 B样 条 曲线的目的。经具体实例在 MA T L AB 7 ． 0上验证该算法是正确 的， 可 以提高插补运算效率 ， 节 约计算时间， 实现样条 曲线的快速插补。 关键词 C NC系统三次 B样条 曲线插补算法 中图分类号 T H1 6 4； T Bl l 5 文献标识码 A Mo d i f i c a t i o n a l g o r i t h m o f Th r e e B Sp l i n e c u r v e i n t e r p o l a t i o n t e c h n o l o g y Z HA N G Wa n j u n ① ③，H U C h i b i n lg ② ③， WU Z a i x i n ② ③， Z H A N G F e n g ， Z H A N G G u o h u a ①， WA N G B a o m i n ② ③ ①L a n z h o u I n d u s t r y a n d E q u i p m e n t C o ． ，L t d ． ，L a n z h o u 7 3 0 0 5 0， C HN； ②C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u U n i v ．o f T e c h ． ，L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C H N； ③K e y L a b o r a t o ry o f D i g i t a l Ma n u f a c t u ri n g T e c h n o l o g y a n d A p p l i c a t i o n ， T h e Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ， L a n z h o u U n i v ．o f T e c h ． ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C H N Abs t r a c t A fix e d i n t e r p o l a t i o n a l g o rit h m wa s p r e s e n t e d i n t h i s p a pe r ．A t h e o r e t i c a l a n a l y s i s o f t h e t h r e e B s pl i n e c u r v e r e c ur s i v e f o r mu l a o f Ta y l o r d e v e l o pme n t o f fir s t -o r d e r ，d e riv a t i o n o f t wo o r d e r i n t h e i n t e rp o l a t i o n c y c l e u n d e r t h e c o n d i t i o n o f c e r t a i n i n t e rpo l a t i o n i n c r e me n t o n l y a n d i n t e r p o l a t i o n s p e e d．Th e a r t i c l e a c h i e v e d t h e p u rp o s e o f c o r r e c t i n g t he t h r e e B s p l i n e C H I V e o f i n t e rp o l a t i o n by c ha ng i n g t h e i n t e rp o l a t i o n i n c r e me n t s ．Th e a l g o r i t h m i s c o rre c t t h r o u g h s p e c i fic e x a mp l e s i n Ma t l a b 7． 0 v e rifie s ． I t c a n b o t h i m p r o v e t h e i n t e rpo l a t i o n o p e r a t i o n e f f i c i e nc y a n d s a v e t he c a l c u l a t i o n t i me，wh i c h r e a l i z e t h e s p l i n e c ur v e i n t e rpo l a t i o n ． Ke y wor dsCNC S y s t e m ；Th r e e B S pl i ne Cu r v e；I n t e rpo l a t i o n Al g o r i t h m 对于曲面处理而言 ， N U R B S是 目前流行 的 自由曲 线与 自由曲面的表达式 ， 但其生成原理和表达式相对 较为复杂。B样条计算量大 ， 特别是非均匀有理 B样 条 N U R B S ， 将严重影响运动 的响应时 间。为 了减少 计算量 ， 主要研究三次均匀有理 B样条 曲线。而三次 B 样条 曲线 由于能够满足处 理一般工程 问题 的需 要 5 0 3 ] ； 1 0 8 } } l 8 S I N[ 5 0 3 ] ； 1 0 9 5 0 5 一 1 8 T A N [ 5 0 1 ] C O S [ 50 3 ] ； G6 4 GO 1 G9 0G 0 6 X一 1 0 7 Y 1 0 8 Z 1 0 9 F 9 0 3} f 5 03 7 END3； M0 0 C O1 Z 舵 F 8 M9 9； “ 高档数控机床与基础制造装备” 科技重大专项 2 0 1 0 Z X 0 4 0 0 0 1 1 8 1 1 4 0 3 结语 以上为 F A N U C 数控系统的应用宏程序的螺旋插 补铣加工程序， 此种编程方法解决了非笛卡尔坐标 系 数控机床的加工问题。 编辑孙德茂 收 稿日 期 2 0 1 2 0 5 0 3 文霉编号 1 3 0 2 4 5 如果您想发表对本文的看法。 请将文 章编号 填入读者意l见 调查表中的 相应 位置。 等 z⋯ J l平