在機械、模具制造行業，經常遇到曲線加工。對于簡單的曲線——圓弧，G代碼提供了G2、C3、I、J、K、R指令，很容易寫出數控程序。但對于一些復雜、特殊的曲線——橢圓、拋物線、漸開線等，當然還有更加復雜的高次曲線，常規的手段就無能為力。筆者根據多年的工作實踐，通過借助一些工具軟件，經特殊處理，寫出G代碼程序來解決此類問題。常用的方法有三種：①利用G代碼的強大功能，寫出宏程序。②借助工具軟件Mastercam，生成曲線程序。③用C語言（或其他語言）產生程序的主數據文件，然后手動在文件頭尾加上功能語句，成為可以運行的程序。這三種方法都有各自的優、缺點和適用范圍，可以相互補充。

 

1.G代碼的宏程序

 

它提供了變量，算術運算指令（加、減、乘、除），功能函數（SIN，COS，TAN，…），還有控制指令（IF——GO-TO,WHILE——DO）。巧妙的運用這些指令，可以解決很多比較簡單、有規律的曲線，如正弦曲線、拋物線等。例1：正弦曲線（如圖1）。

主程序主程序

 

…

 

G65P9910AOB360．C100．F100

 

…

 

對局部變量設置

 

#l=0

 

#2=360.00

 

#3=100.00

 

#9=100.00

 

09910（子程序）

 

WHILE[#1IE#2]DO1

 

#10=#3*SIN[#1]

 

G90Gl#lY#10F#9

 

#1=#1+10．

 

END1

 

當然，此法還可以表達較復雜的曲線。宏程序短小精煉，對于存儲空間小的設備很適用。具有很強的適應性，只要改動一兩個數據就可以進行粗加工。但其晦澀難懂，邏輯復雜，過程中的錯誤不易發現，對于特別復雜的曲線無能為力。這種方法對編程人員的要求較高，須非常熟練G代碼，包括不常用的指令，要有相當扎實的高等數學知識，還要熟悉數控加工操作。

Mastercam軟件的應用

2.利用Mastercam軟件

此軟件廣泛應用于數控加工，界面親和，易學易用，能解決G代碼宏程序不能解決的問題。以本文給出的工件為例，如圖2所示，其曲線由一些離散的坐標點來定義（用于測量），如附表所示。

用Mastercam處理，操作流程如下：①先創建點，按坐標值繪制所有已知點。②把所有點按次序聯成Spline曲線。③選擇加工方式。④生成加工程序。具體步驟如下：

第1步，Create—Point—Position，然后直接輸入坐標值，先x軸后y軸，中間用逗號隔開。第2步，待所有給定數據輸入完畢后，命令Create—Spline—Auto-matic，系統提示選擇第一個點、第二個點及最后一個點，一一點擊完成后，系統自動生成Spline樣條曲線。第3步，命令Toolpaths—Finish—Chain，用鼠標點擊曲線的右（末）端，選擇End here命令，確認Done后，彈出Tool parameters刀具參數對話框，根據需要選擇合適刀具，再切換到Finish parameters對話框，如圖3所示，選擇切削參數。該過程中要特別注意幾個重要參數的確定：①Linearization決定加工精度，其值越小精度越高，則程序也越長，一般0.01就足夠了。②Compensa-tion type意為選擇刀補類型，常用的是Computer和Con-trol兩種。computer是根據刀具實際情況計算出刀具軌跡，生成程序，不用刀補；Control則不考慮刀具規格，生成有刀補的程序。③Compensation direction，選擇刀補方向，一般可根據加工方式和操作方法而定。以上參數確定后彈出管理菜單，如圖4所示。第4步，點擊Post鍵，打開后處理對話框，如圖5所示，確定機床數控操作系統，此處選擇的是FANUC系統，文件是MPLFAN。，注意：后處理文件以MPL開頭，其后幾位表示簡寫的數控操作系統。若想更改為其他系統，通過change Post鍵進行選擇，且選中Edit命令，然后點擊0K鍵，生成程序。#p#分頁標題#e#

該工件的加工經過幾次摸索：第一次加工時直接利用給出點的坐標值，將兩點間近似為一條直線，用G1指令寫出程序。結果加工出來的曲線是19段折線，是離散點過于稀疏造成的。第二次，在AutoCAD2002中把離散點用樣條曲線Spline命令串連起來，用垂線分曲線，等分它在X軸上的投影，將點的坐標求出來，增加了點的個數。且人為在原有兩點之間插入若干個點，全部寫入程序。此法雖然能解決問題，但很繁瑣，且程序龐大，易出錯。第三次，使用Mastercam，采用樣條線把離散的點連起來，直接生成滿足精度要求的程序，與方法二相比，生成程序短小精煉，正確率高。該方法高效、簡單、便捷，可以解決只給定離散點的曲線形式，對操作者要求較低。

曲線加工的數據編程

3.用C語言（或其他語言）生成程序的數據主體

某產品，其外形是一個很復雜的曲線方程，用宏程序很難（甚至不可能）把它寫出來，而Mastercam則無法輸入函數方程。此時，借助C語言來生成數據主體。

例：車工曲線方程如下：

      0≤x≤22.1

      Y=200.2＋140.65³√b

      b=0.008754（x/168）＋6.1455（x/168）²

        －4.87544（x/168）³＋0.568749（x/168）⁴

        ＋0.76587（x/168）⁵

    它很難在Mastercam中繪制。用C語言來計算其離散點，過程如下：

    #Include”math．h”

    #Include”conio．h”

    #Include”stdio．h”

    Main （）

   ｛

    double a，b，d，c，i，e；

    FILE*fp；

  fp=fopen（”d：＼s77.txt”，”w＋”）；

  for（i=0；i<22.1；i=i＋0.1）／*③*／

  ｛

  c=i／168；

  b=0.008754*c＋6.1455*c*c－4.87544*c*c*c＋

  0.568749*c*c*c*c＋0.76587*c*c*c*c*c；

      d=0.3333*log（b）；

      e=exp（d）；／*①*／

      a=200.2＋140.65*e；／*②*／

      printf（“Z=%.4f”,i）；

      printf（“X=%.4f＼n”,a）；

      fprintf（fp,”z%.3fX%.3f＼n”,i,a）；

   結果輸出到文件S77.TXT*／

     ｝

     Printf （”ok”）；

     getch （）

   ｝

程序①②兩句用到了一個公式a=e^Ina，b開3次方即是6的1／3方。此程序在TC2.0下通過。

運行此程序得到s771.txt文件，用編輯器（任何一個，如記事本）打開，只要在頭尾加上功能句，就是一個可用的程序。它的原理是：任何曲線可以分成無數很短的曲線，每個很短的曲線可以近似地認為是一段直線。當每段曲線的長度趨于零時，與直線的誤差也趨于零。足夠多的直線連起來可以替代一段曲線，這樣就把曲線轉化成有限段的直線。直線的程序很容易實現，問題得到簡化。為了盡可能的減小曲線誤差，每段曲線長度要盡可能的短，所以程序中的循環步長（控制曲線長度，注③i=i＋0.1中的0.1）可以取得很小。但這樣做成的程序會很大，有大量的冗余數據產生。曲率與誤差成正比，因為步長固定，在曲率小的地方誤差小，曲率為零（即直線）時則有大量的無用數據（完全可以棄掉而不影響程序），而在曲線曲率大的地方誤差較大。新生代機床其數控系統容量都很大，所以不必過多考慮程序的大小，以保證曲線精度（線輪廓度）為第一要務。如果要生成一個沒有冗余的短小程序，要用到二次求導等數學知識，非常復雜，在此處不作討論。#p#分頁標題#e#