在機(jī)械、模具制造行業(yè)，經(jīng)常遇到曲線加工。對(duì)于簡(jiǎn)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(shù)控程序。但對(duì)于一些復(fù)雜、特殊的曲線——橢圓、拋物線、漸開(kāi)線等，當(dāng)然還有更加復(fù)雜的高次曲線，常規(guī)的手段就無(wú)能為力。筆者根據(jù)多年的工作實(shí)踐，通過(guò)借助一些工具軟件，經(jīng)特殊處理，寫出G代碼程序來(lái)解決此類問(wèn)題。常用的方法有三種：①利用G代碼的強(qiáng)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(yǔ)言（或其他語(yǔ)言）產(chǎn)生程序的主數(shù)據(jù)文件，然后手動(dòng)在文件頭尾加上功能語(yǔ)句，成為可以運(yùn)行的程序。這三種方法都有各自的優(yōu)、缺點(diǎn)和適用范圍，可以相互補(bǔ)充。

 

1.G代碼的宏程序

 

它提供了變量，算術(shù)運(yùn)算指令（加、減、乘、除），功能函數(shù)（SIN，COS，TAN，…），還有控制指令（IF——GO-TO,WHILE——DO）。巧妙的運(yùn)用這些指令，可以解決很多比較簡(jiǎn)單、有規(guī)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(duì)局部變量設(shè)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(dāng)然，此法還可以表達(dá)較復(fù)雜的曲線。宏程序短小精煉，對(duì)于存儲(chǔ)空間小的設(shè)備很適用。具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，只要改動(dòng)一兩個(gè)數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行粗加工。但其晦澀難懂，邏輯復(fù)雜，過(guò)程中的錯(cuò)誤不易發(fā)現(xiàn)，對(duì)于特別復(fù)雜的曲線無(wú)能為力。這種方法對(duì)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(dāng)扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)知識(shí)，還要熟悉數(shù)控加工操作。

Mastercam軟件的應(yīng)用

2.利用Mastercam軟件

此軟件廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工，界面親和，易學(xué)易用，能解決G代碼宏程序不能解決的問(wèn)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(biāo)點(diǎn)來(lái)定義（用于測(cè)量），如附表所示。

用Mastercam處理，操作流程如下：①先創(chuàng)建點(diǎn)，按坐標(biāo)值繪制所有已知點(diǎn)。②把所有點(diǎn)按次序聯(lián)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(biāo)值，先x軸后y軸，中間用逗號(hào)隔開(kāi)。第2步，待所有給定數(shù)據(jù)輸入完畢后，命令Create—Spline—Auto-matic，系統(tǒng)提示選擇第一個(gè)點(diǎn)、第二個(gè)點(diǎn)及最后一個(gè)點(diǎn)，一一點(diǎn)擊完成后，系統(tǒng)自動(dòng)生成Spline樣條曲線。第3步，命令Toolpaths—Finish—Chain，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊曲線的右（末）端，選擇End here命令，確認(rèn)Done后，彈出Tool parameters刀具參數(shù)對(duì)話框，根據(jù)需要選擇合適刀具，再切換到Finish parameters對(duì)話框，如圖3所示，選擇切削參數(shù)。該過(guò)程中要特別注意幾個(gè)重要參數(shù)的確定：①Linearization決定加工精度，其值越小精度越高，則程序也越長(zhǎng)，一般0.01就足夠了。②Compensa-tion type意為選擇刀補(bǔ)類型，常用的是Computer和Con-trol兩種。computer是根據(jù)刀具實(shí)際情況計(jì)算出刀具軌跡，生成程序，不用刀補(bǔ)；Control則不考慮刀具規(guī)格，生成有刀補(bǔ)的程序。③Compensation direction，選擇刀補(bǔ)方向，一般可根據(jù)加工方式和操作方法而定。以上參數(shù)確定后彈出管理菜單，如圖4所示。第4步，點(diǎn)擊Post鍵，打開(kāi)后處理對(duì)話框，如圖5所示，確定機(jī)床數(shù)控操作系統(tǒng)，此處選擇的是FANUC系統(tǒng)，文件是MPLFAN。，注意：后處理文件以MPL開(kāi)頭，其后幾位表示簡(jiǎn)寫的數(shù)控操作系統(tǒng)。若想更改為其他系統(tǒng)，通過(guò)change Post鍵進(jìn)行選擇，且選中Edit命令，然后點(diǎn)擊0K鍵，生成程序。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

該工件的加工經(jīng)過(guò)幾次摸索：第一次加工時(shí)直接利用給出點(diǎn)的坐標(biāo)值，將兩點(diǎn)間近似為一條直線，用G1指令寫出程序。結(jié)果加工出來(lái)的曲線是19段折線，是離散點(diǎn)過(guò)于稀疏造成的。第二次，在AutoCAD2002中把離散點(diǎn)用樣條曲線Spline命令串連起來(lái)，用垂線分曲線，等分它在X軸上的投影，將點(diǎn)的坐標(biāo)求出來(lái)，增加了點(diǎn)的個(gè)數(shù)。且人為在原有兩點(diǎn)之間插入若干個(gè)點(diǎn)，全部寫入程序。此法雖然能解決問(wèn)題，但很繁瑣，且程序龐大，易出錯(cuò)。第三次，使用Mastercam，采用樣條線把離散的點(diǎn)連起來(lái)，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(jiǎn)單、便捷，可以解決只給定離散點(diǎn)的曲線形式，對(duì)操作者要求較低。

曲線加工的數(shù)據(jù)編程

3.用C語(yǔ)言（或其他語(yǔ)言）生成程序的數(shù)據(jù)主體

某產(chǎn)品，其外形是一個(gè)很復(fù)雜的曲線方程，用宏程序很難（甚至不可能）把它寫出來(lái)，而Mastercam則無(wú)法輸入函數(shù)方程。此時(shí)，借助C語(yǔ)言來(lái)生成數(shù)據(jù)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(yǔ)言來(lái)計(jì)算其離散點(diǎn)，過(guò)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(jié)果輸出到文件S77.TXT*／

     ｝

     Printf （”ok”）；

     getch （）

   ｝

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

運(yùn)行此程序得到s771.txt文件，用編輯器（任何一個(gè)，如記事本）打開(kāi)，只要在頭尾加上功能句，就是一個(gè)可用的程序。它的原理是：任何曲線可以分成無(wú)數(shù)很短的曲線，每個(gè)很短的曲線可以近似地認(rèn)為是一段直線。當(dāng)每段曲線的長(zhǎng)度趨于零時(shí)，與直線的誤差也趨于零。足夠多的直線連起來(lái)可以替代一段曲線，這樣就把曲線轉(zhuǎn)化成有限段的直線。直線的程序很容易實(shí)現(xiàn)，問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。為了盡可能的減小曲線誤差，每段曲線長(zhǎng)度要盡可能的短，所以程序中的循環(huán)步長(zhǎng)（控制曲線長(zhǎng)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(huì)很大，有大量的冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生。曲率與誤差成正比，因?yàn)椴介L(zhǎng)固定，在曲率小的地方誤差小，曲率為零（即直線）時(shí)則有大量的無(wú)用數(shù)據(jù)（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(jī)床其數(shù)控系統(tǒng)容量都很大，所以不必過(guò)多考慮程序的大小，以保證曲線精度（線輪廓度）為第一要?jiǎng)?wù)。如果要生成一個(gè)沒(méi)有冗余的短小程序，要用到二次求導(dǎo)等數(shù)學(xué)知識(shí)，非常復(fù)雜，在此處不作討論。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#