如何在數(shù)控車床上加工拋物線曲面

1、 如何在數(shù)控車床上加工拋物線曲面摘要：數(shù)控車床一般只能作直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，遇到回轉(zhuǎn)輪廓是拋物線等非圓曲線的零件時(shí)，數(shù)學(xué)處理的任務(wù)是用直線段或圓弧段去逼近非圓輪廓。解決的方法主要有宏指令編程及軟件自動編程，針對GSK980T系統(tǒng)采用宏指令編程較難實(shí)現(xiàn)，本文則通過利用CAXA數(shù)控車自動編程軟件及相關(guān)通訊軟件實(shí)現(xiàn)了拋物線曲面在GSK980T系統(tǒng)數(shù)控車床上的車削加工，保證了工件的加工精度和生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：自動編程拋物線曲面車削加工前言：生活中許多零件應(yīng)用到拋物線曲面，如手電筒聚光電杯、汽車車燈中等。前不久中山市某電筒有限公司委托我校用數(shù)控車加工一新款手電筒電杯的試件，電杯內(nèi)輪廓曲線為yX2/24。

2、我校數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)為GSK980T，與該公司生產(chǎn)用的數(shù)控車屬同一類型。常用的數(shù)控系統(tǒng)中如西門子、華中、發(fā)那科等數(shù)控系統(tǒng)可用宏指令編程實(shí)現(xiàn)，但目前生產(chǎn)用的GSK980T在宏程序功能方面實(shí)現(xiàn)不了，而用數(shù)學(xué)計(jì)算取點(diǎn)逼近加工雖說可以，但計(jì)算量大、易出錯(cuò)。本人利用CAXA數(shù)控車軟件進(jìn)行產(chǎn)品加工刀具軌跡的仿真、代碼的生成，并自已動手建立PC機(jī)與數(shù)控設(shè)備間的通訊，實(shí)現(xiàn)了試件的加工。下面闡述在試件加工過程的操作及個(gè)人的體會。正文：一、計(jì)算機(jī)自動編程的認(rèn)識計(jì)算機(jī)自動編程是當(dāng)前最先進(jìn)的數(shù)控加工編程方法，它是利用計(jì)算機(jī)以人機(jī)交互圖形方式完成零件幾何圖形計(jì)算機(jī)化、軌跡生成與加工仿真到數(shù)控程序生成全過程。操作過程形

3、象生動、出錯(cuò)機(jī)率低。圖1為數(shù)控車自動編程、加工的過程。其中工件圖形計(jì)算機(jī)化工作基本上以二維繪圖軟件功能為限，數(shù)控車加工工藝規(guī)劃主要包括機(jī)床選擇、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、切削精度、切削次數(shù)、走刀方向、編程原點(diǎn)等等。自動編程軟件中有代表性的是CAXA數(shù)控車和MasterCAM數(shù)控車。圖1數(shù)控車自動編程的過程N(yùn)C程序生成二、加工圖樣分析零件外輪廓簡單明了，內(nèi)輪廓中為一拋物線曲面，在該零件中起聚光作用，也是零件難加工部位。困難所在是因?yàn)閿?shù)控車床一般只能作直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，遇到回轉(zhuǎn)輪廓是拋物線等非圓曲線的零件時(shí)，數(shù)學(xué)處理的任務(wù)是用直線段或圓弧段去逼近非圓輪廓。解決的方法主要有宏指令編程及自動編程，而GSK

4、980T系統(tǒng)的宏指令功能十分有限，難以完成。若用直接的數(shù)學(xué)代入取點(diǎn)方法圓弧逼近雖說可以，但工作量十分大，面對都是拋物線曲面類的不同產(chǎn)品時(shí)，工作效率低下。自動編程則很方便解決上述的困難，若試件在聚光試驗(yàn)中效果不佳需修改時(shí)方便，刀具軌跡的生成及仿真過程中便于檢驗(yàn)刀具及參數(shù)選擇的合理性等。因?yàn)槭窃嚰募庸ぃ谏a(chǎn)工藝上并沒有較多的考慮，目前主要的任務(wù)是考慮如何實(shí)現(xiàn)拋物線曲面的加工。加工采用一次裝夾。先鉆11的底孔，然后加工內(nèi)拋物線曲面，最后加工外輪廓并切斷。圖2電筒電杯零件圖GOID0co寸0寸.二0三、CAXA數(shù)控車軟件操作1零件圖形計(jì)算機(jī)化進(jìn)入CAXA數(shù)控車2000的操作界面，繪制試件的零件圖。

5、點(diǎn)擊菜單欄曲線生成（C）選擇公式曲線。，繪圖窗口將彈出設(shè)置對話框。在“公式曲線”對話框中進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)置設(shè)置如圖3所示。繪圖公式中的X軸與機(jī)床中Z軸對應(yīng)，Y軸則對應(yīng)于機(jī)床中的X軸。曲線的描述則需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，一些曲型曲線可通過查表得到，如拋物線、橢圓、雙曲線且還應(yīng)化成參數(shù)方程的表達(dá)形式。精度就是用B樣條擬合公式曲線所要達(dá)到的精確程度，對于公式類曲線，精度控制選項(xiàng)十分重要。其它輪廓曲線參照相關(guān)菜單命令完成，完成如圖4所示。圖3公式曲線對話框2機(jī)床設(shè)置在生成刀具走刀軌跡前應(yīng)有針對性地根據(jù)加工時(shí)所選用的機(jī)床進(jìn)行機(jī)床設(shè)置。具體操作為：點(diǎn)擊菜單欄數(shù)控車（P）,選擇機(jī)床設(shè)置（M）。，繪圖窗口將彈出設(shè)置對話

6、框。在“機(jī)床設(shè)置”對話框中進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)置，設(shè)置如圖5所示。圖5機(jī)床類型設(shè)置對話框CAXA軟件的程序格式，以字符串、宏指令字符串和宏指令的方式進(jìn)行設(shè)置，其中宏指令為$+宏指令串，下面是系統(tǒng)提供的常用宏指令串：當(dāng)前后置文件名：POST_NAME冷卻液開：COOL_ON冷卻液關(guān)：COOL_OFF程序暫停：SPN_OFF程序結(jié)束：PRO_STOP左補(bǔ)償：DCMP_LFT右補(bǔ)償：DCMP_RGH補(bǔ)償關(guān)閉：DCMP_OFF主軸正轉(zhuǎn)：SPN_CW主軸設(shè)定：SPN_F主軸轉(zhuǎn)速：SPN_SPEED刀具調(diào)用：CHANGE_TOOL刀具號：TOOL_NO刀補(bǔ)號：COMP_NO3后置處理設(shè)置后置處理就是針對特定的機(jī)床，

7、對后置輸出的數(shù)控序的格式進(jìn)行設(shè)置。具體操作為：點(diǎn)擊菜單欄數(shù)控車（P）,選擇后置處理設(shè)置（P）。,繪圖窗口將彈出設(shè)置對話框。在“后置處理設(shè)置”對話框中進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)置，設(shè)置如圖6所示。圖5機(jī)床類型設(shè)置對話框4拋物線曲面粗車刀具軌跡生成點(diǎn)擊菜單欄數(shù)控車（P）,選擇輪廓粗車（R）。,繪圖窗口將彈出設(shè)置對話框。所有參數(shù)的設(shè)定主要用于對粗車加工中的各種工藝條件和加工方式進(jìn)行限定，設(shè)置過程需要有一定的加工操作經(jīng)驗(yàn),并參照機(jī)床功率、刀具切削加工性、材料的切削性能等,并在加工削切中不斷調(diào)整形成自我的知識體系。如圖69所示,針對加工實(shí)際情況完成對話框各列表的設(shè)置,如圖69所示。圖6加工參數(shù)列表圖7進(jìn)退刀方式列表圖8

8、切削用量列表圖9輪廓車刀列表完成上述設(shè)定后按“確定”鍵完成設(shè)置系統(tǒng)在狀態(tài)欄中將提示：拾取加工工件表面輪廓，按提示完成工件待加工表面輪廓的選擇并按右鍵結(jié)束選擇，屏幕又提示：拾取定義的毛坯輪廓，按提示完成毛坯輪廓的選擇并按右鍵結(jié)束選擇，屏幕將進(jìn)一步提示：輸入退刀點(diǎn)，按提示拾取或直接座標(biāo)輸入退刀點(diǎn)完成最后的操作。此時(shí)屏幕將以特殊顏色顯示生成的刀具軌跡，如圖10所示。圖11粗加工軌跡仿真圖10粗加工刀具軌跡5軌跡仿真點(diǎn)擊菜單欄數(shù)控車（P）,選擇軌跡仿真（S）。,然后按屏幕提示完成各項(xiàng)操作,最后出現(xiàn)如圖11所示仿真加工過程界面。6程序代碼生成點(diǎn)擊菜單欄數(shù)控車（P）,選擇代碼生成（G）。,繪圖窗口將彈出設(shè)

9、置對話框。在對話框中輸入將生成的程序名按“打開”鍵打開,接著按屏幕提示拾取刀具軌跡并按右鍵結(jié)束選擇,此時(shí)屏幕將彈出已打開的程序文件。7拋物線曲面精加工精加工操作與粗加工相類,只是設(shè)置的內(nèi)容針對精加工而定,在此不再作詳盡說明。四、數(shù)據(jù)通訊數(shù)控系統(tǒng)與pc機(jī)的連接GSK980T數(shù)控系統(tǒng)可通過RS232-C串行接口與通用PC機(jī)進(jìn)行通訊。數(shù)控系統(tǒng)通訊接口與PC機(jī)的連接如圖（n）所示。如體操作應(yīng)選用八芯的雙屏蔽網(wǎng)線，焊接接頭時(shí)選用其中5條,注意不同端口的焊接有不同,完成后可通過萬用表電阻檔檢驗(yàn)焊接的正確性及屏蔽層是否與金屬外殼相接。GSK980T（XS36、COM1（9孔D9孔）型插頭）DCDRXDTXD

10、DTRGNDDSRRSTCTSXS36通訊接口3TXDxaHi2RXD5GNDAA15GND7RTS1/1DCD8CTSv17RTS1DCD8CTS4DTR4DTR6DSR1W16DSR2RXD3TXD金屬外冗金屬外冗圖12通訊端口連接圖通訊軟件的安裝通訊軟件的安裝步驟：(1)PC機(jī)及本系統(tǒng)斷電狀態(tài)下，連接通訊電纜：DB9針插頭插入GSK980系統(tǒng)的XS36通訊接口，DB9孔插頭插入PC機(jī)9針串行口C0M1。本系統(tǒng)上電后進(jìn)入?yún)?shù)頁面檢查參數(shù)002是否已設(shè)為11101000，如參數(shù)值不同，需修改參數(shù)；(3)在win98操作系統(tǒng)下，將通訊軟件安裝至硬盤中一專用目錄，如此處以C:GSK980為例。(

11、注：不同的傳輸軟件對操作系統(tǒng)要求不同，如下面用到的軟件必需是在Win98及以下版本的操作系下，廣州超軟為廣數(shù)開發(fā)的WinXP下的軟件則可在XP操作系統(tǒng)下工作。)通訊軟件的操作在MS_DOS方式下進(jìn)入C:GSK980目錄，鍵入“GSK980”后，PC機(jī)屏幕顯示如下操作界面。KNDCNC-TalkerV3.20COM0:2400StComTransRecivK-DNCKeditEsc-ExitS/C屏幕顯示說明：屏幕左上方顯示通訊軟件版本號；屏幕右上方顯示當(dāng)前有效串行口及串行通訊波特率;屏幕下方為通訊操作菜單，從左至右對應(yīng)PC鍵盤F1F5鍵，按鍵執(zhí)行相應(yīng)操作。F1：StCom進(jìn)行串行口設(shè)置F2：T

12、ransPC機(jī)傳送數(shù)據(jù)至980CNCF3：Recit980CNC傳送數(shù)據(jù)至PC機(jī)F4：K-DNCDNC通訊（目前此功能無效）F5：K-editPC機(jī)數(shù)據(jù)文件編輯Esc：Esc-Exit退出通訊程序，返回DOS提示符（1）串行口的設(shè)置GSK980系統(tǒng)串行口設(shè)置GSK980系統(tǒng)串行通訊波特率由參數(shù)No044設(shè)置，設(shè)置范圍如下：50、100、110、150、200、300、600、1200、2400、4800。選用出廠時(shí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置：2400PC機(jī)串行口設(shè)置進(jìn)入通訊操作界面后，按“F1”鍵，屏幕提示：SelectSerialPort（0/1）：根據(jù)通訊線插入位置輸入1選擇COM1口為當(dāng)前通訊口，并按屏幕

13、提示選擇與GSK980系統(tǒng)相同的波特率（如：2400）。（2）數(shù)據(jù)的傳送（PC-CNC）執(zhí)行傳送功能可將PC機(jī)內(nèi)指定的數(shù)據(jù)文件輸入到GSK980系統(tǒng)RAM區(qū)，可傳送的數(shù)據(jù)包括加工程序、參數(shù)、刀補(bǔ)。單個(gè)程序的輸入I.先打開GSK980系統(tǒng)的程序開關(guān)，選擇編輯操作方式并進(jìn)入程序頁面顯示；II.在PC機(jī)通訊操作界面下，按“F2”鍵，屏幕底行提示：S/C：Filenametotransmit：鍵入PC機(jī)內(nèi)待傳送的程序名后按“”鍵。在GSK980系統(tǒng)鍵盤上鍵入地址鍵匚J；鍵入存儲器中未用程序名；按J鍵，傳送開始，GSK980系統(tǒng)的LCD右下角顯示“輸入”字樣并閃爍，PC機(jī)屏幕顯示傳送的程序；傳送結(jié)束后，

14、按PC機(jī)任一鍵屏幕返回操作界面。參數(shù)、刀補(bǔ)的輸入操作與單個(gè)程序的輸入相同，只是在PC機(jī)中輸入的文件名不同,參數(shù)輸入前需打開GSK980系統(tǒng)的參數(shù)開關(guān)并進(jìn)入相應(yīng)頁面。通訊說明當(dāng)通訊功能有效時(shí)，可以將參數(shù)作為文件在PC與CNC間雙向傳送，在PC機(jī)中的文件必須遵守以下格式：（1）文件開頭為“%”；（2）參數(shù)號和參數(shù)值的格式為：N_P_。其中N：參數(shù)號；P：參數(shù)值，參數(shù)值的前導(dǎo)零可以省略。（3）文件以“%”為結(jié)束符，讀到此代碼后，數(shù)據(jù)輸入結(jié)束；（4）在文件上沒有的參數(shù)、刀補(bǔ)號，當(dāng)讀入后，其值不變化。五、加工機(jī)床操作1機(jī)床上程序的再校驗(yàn)為防止在傳輸過程中，在PC機(jī)中輸入的文件出錯(cuò)或傳輸過程中數(shù)據(jù)的丟失，

15、因而在機(jī)床上同樣需要再一次校驗(yàn)，在鎖定的情況下空動行并觀察作圖軌跡是否與目標(biāo)輪廓一致。2裝刀對刀操作加工時(shí)所選用的車刀應(yīng)與自動編程生成走刀軌跡時(shí)所選用的刀具參數(shù)相一致。所用的刀柄直徑為10mm的機(jī)夾內(nèi)孔車刀，加工時(shí)刀具的主偏角為95,需外置刀架，刀頭伸出長度為26mm。刀桿與工件軸心成水平，刀尖高度應(yīng)與工件軸心等高。對刀時(shí)應(yīng)切記編程原點(diǎn)為拋物線頂點(diǎn)，當(dāng)試切端面定Z軸座標(biāo)時(shí)，此時(shí)輸入的Z軸座標(biāo)值應(yīng)為z24.0mm。其它則按平常完成對刀。3切削加工先鉆中心孔，接著鉆11mm底孔，然后粗、精加工曲面輪廓。該試件為鋁件，加工時(shí)應(yīng)加切削液，具體操作步驟省略。六、過程體會：1宏程序的學(xué)習(xí)對于一線的生產(chǎn)工人學(xué)習(xí)有一定的困難，況且不同的系統(tǒng)的宏程序功能有較大的差異，象廣州數(shù)控GSK980T在此方面存在不足，本文較好地解決了上述問題。發(fā)揮CAD/CAM軟件的自動編程功能（如CAXA數(shù)控車MasterCAM數(shù)控車）的優(yōu)