滚压刀具加工中的宏与参数编程
2025年04月20日 09:17:22
来源：宁波高新区镜博士科技有限公司 >> 进入该公司展台
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1 引言
目前，一些附加价值高的刀具，由于形状复杂，精度要求高，制造难度大，采用普通机床与专用夹具的传统生产方式已无法加工，必须用数控机床来完成加工作业。 数控加工要编制加工程序，而编制程序的关键是刀具相对于工件运动轨迹的计算，即计算加工轮廓的基点和节点坐标，或刀具中心的基点和节点坐标。数控机床一般只提供平面直线和圆弧插补功能，对于非圆的平面曲线y=f(x)，采用的加工方法是按编程的允许误差，将平面轮廓曲线分割成许多小段，再用直线或圆弧来代替(逼近)这些曲线小段。对于空间立体曲面z=f(x，y)，则是采用“行切法”将其化为平面曲线进行加工处理。此时数值计算的任务就是求逼近直线或圆弧与轮廓曲线的交点或切点的坐标。由于数据较多，数据的计算与处理均借助计算机或工作站来辅助完成。随着微型计算机的发展，计算机数控系统(CNC)已被数控机床广泛采用。在数控系统的软件支持下，CNC不仅能通过数字量去控制多个轴的机械运动，而且和通用计算机一样，本身即具有强大的数据计算和处理功能。编程人员只要建立计算加工轮廓的基点和节点的数学模型，在程序中利用该模型，按加工的先后顺序，将计算的结果传递到加工指令中去，即可实现一边计算一边加工的过程，这就是数控系统中提供的宏和参数编程。开发和利用这种功能，可使程序变得简洁明了，并可大大减轻编程人员进行数值计算和数据处理的工作量。 2 宏与参数编程
宏与参数编程是数控系统中系统软件提供给编程人员使用的，其功能和使用范围随系统的不同而有所区别，主要包括函数的计算，数据的判断、转移及处理等。据美国Fadal CNC88控制系统中提供的宏与参数编程说明，这些功能类似于计算机的高级语言BASIC，如函数运算中有SIN、COS、SOR、ABS、INT、SGN、RND等；数据的判断、转移及处理的命令中有IF THEN、GOTO、INPUT、PRINT等。此外，还定义了计算参数V1～V100，数据传送参数R0～R9，刀具补偿值的修正，夹具补偿值的修正等等。此处不拟对所有的功能及使用详加介绍，读者如欲进一步了解其内容，可查阅有关资料。 3 滚压刀加工的宏和参数编程
滚压刀是餐巾纸生产中使用的一种刀具，刀具转动时在平面上留下一个圆弧形痕迹，压在餐巾纸上，使其封口啮合。 滚压刀的形状是分布在圆柱面上的一个空间立体曲面(见图1)，这种曲面很难用解析函数z=f(x，y)来表示，加工时不是由x、y、z三个轴联动来完成，而是由x轴和A轴联动加工。因此，要建立数学模型，就必须找出x轴变化与A轴变化之间的关系x=f(A)。但弧立地寻找x轴与A轴间的关系比较困难，此时如果沿x轴将圆柱面剪开展成平面，则该空间立体曲面就变成了平面圆弧曲线，而在平面坐标中，圆弧曲线上节点坐标中x与y的函数关系是很容易确定的。
假设沿y轴将圆弧曲线分割成许多小段，将A轴的转动按圆柱体的直径转换成平面坐标中y轴的变化，采用等间距直线逼近方式，令y轴的增量相等(A轴的增量也相等)，则x轴的变化可由圆弧曲线中弦长与弓形高之间的关系，即由y的数值来决定。由此，可建立一组数学模型，当圆弧曲线上的任一节点Pi-1变化到Pi时，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个节点相对应的x、y、A的坐标值 n——A轴1°中所分割的段数 D——滚压刀圆柱面的直径 d——圆弧曲线的直径 上述模型中，当n=10时，即以A轴转动0.1°作为分割小段，在180°范围内加工两条圆弧槽将有上万个数据。如果这些数据均须预先计算出来，则程序中的数值计算和数据处理工作量将十分巨大。现采用宏和参数编程方法，利用上述数学模型预先算出曲面加工的初值和终值，在程序执行时，每算出一个节点的坐标值，即传送到加工指令中去，在加工过程中再计算下一个节点的坐标，如此循环直至结束。 4 滚压刀的加工程序
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轴计算参数 V10，V11——A轴计算参数 V2——x轴计算参数 R1——x轴坐标值传送参数 R2——A轴坐标值传送参数 程序中N3～N23为加工外圆弧槽程序；N27～N47为加工内圆弧槽程序。 5 结语
宏和参数编程是使用CNC设备行之有效的一种编程方法，特别适用于批量少、形状复杂而交货期又短的产品加工。如果产品设计是在计算机工作站进行的，则经过工作站造型即可转换成加工程序的CAD／CAM。如果产品设计是传统的人工绘图，或产品图纸由客户提供，再将其搬上工作站，则必然要增加加工准备的时间。而且，有时工作站造型所产生的数据不一定是加工时实际需要的数据。以滚压刀为例，工作站造型要用空间函数z=f(x，y)，产生的数据是(x、y、z)；而实际加工用的数学模型是x=f(A，y)，需要的数据是(A，x，y)。即使工作站产生的数据能满足加工的实际需要，但由于数据多(约上万个)，而CNC设备内存少，如采用直接数据输入的DNC方式，会使加工过程复杂化，产生故障的几率较大。 综上所述，只要加工的产品模型能用基本的数学函数构造出来，宏和参数编程的方法就可实行。
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