基于MATLAB的非圆曲线螺纹数控车削加工研究

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数控机床非圆曲线的加工

ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ932012 10案例C ASES数控机床非圆曲线的加工耿艳梅　胡庆峰数控机床加工非圆曲线，因数控系统不同，其编程方法也有所不同，FANUC系统用的是宏程序编程，SINUMERIK 系统所用的是R参数编程，FAGOR系统所用的是计算机高级语言编程。

笔者主要探讨宏程序编程的方法。

一、宏程序编程特点将一组命令所构成的功能，像子程序一样事先存入存储器中，用一个命令作为代表，执行时只需写出这个代表命令，就可以执行其功能。

这一组命令称做用户宏主（本）体(或用户宏程序)，简称为用户宏(Custom Macro)指令，这个代表命令称为用户宏命令，也称作宏调用命令。

使用时，操作者只需会使用用户宏命令即可，而不必记忆用户宏主（本）体。

用户宏的特征有以下几点：一是可以在用户宏主（本）体中使用变量；二是可以进行变量之间的运算；三是用户宏命令可以对变量进行赋值。

使用用户宏的方便之处在于可以用变量代替具体数值，因而在加工同一类的零件时，只需将实际的值赋予变量即可，而不需要对每一个零件都编一个程序。

用户宏程序功能有A、B两种类型，笔者主要研究B类宏程序编写非圆曲线的加工方法。

二、抛物线的加工加工如图1所示的抛物线，方程为Z =-2X 201。

设工件坐标系统如图1所示，抛物线的原点为工件坐标系统的原点。

设刀尖在参考点上与工件系统原点的距离为X =400mm，Z=400mm。

采用线段逼近法编制程序。

图1　抛物线B类型的宏程序加工程序：主程序：%0080N0010 G50 X200.0 Z400.0；N0020 M03 S700；N0030 T1010；N0040 G42 G00 X0 Z3.0 D10；N0050 G99 G01 Z0 F0.05；N0060 G65 P9010 A0.01 B2.0 C20.0 D－80.0 E0 F0.03；（调用加工抛物线的子程序,步距为 0.01mm，直径编程。

）N0070 G01 Z-110.0 F0.05；N0080 G40 G00 X200.0 Z400.0 T1000 M05；N0090 M02；子程序：P9010 子程序号N0010 #6=#8；赋初始值N0020 #10=#6+#1；加工步距（直径编程）N0030 #11=#10/#2；求半径（方程中的X）N0040 #15=#11*#11；求半径的平方（方程中的X 2）N0050 #20=#15/#3；求 X 2/20N0060 #25=－#20；求 - X 2/20N0070 #12=#11*#2；求 2X（直径）N0080 G99 G01 X#12 Z#25 F#9；走直线进行加工N0090 #6=#10；变换动点N0100 IF [#25 GT #7] GOTO 0020；终点判别N0110 M99；子程序结束三、正弦曲线的加工加工图2所示的零件。

基于宏程序的非圆曲线轮廓数控车床加工

图1
非圆曲线加工，就是采用多段圆弧或直线逼近非圆曲线轮廓。

实际手工编程中，主要采用直线逼近法，即用直线段逼近非圆曲线。

先将非圆曲线沿某一坐标轴方向进行若干等分，得到一系列节点，将这些节点中的相邻两点用直线段连接起来，以这些直线段代替两点间曲线段，就可以得到得到近似的非圆曲线。

应用这些方法加工非圆曲线时，节点越密，直线越靠近曲线，即曲线段加工精度越高。

际加工时，并非节点数越多越好，因为随着节点数目的增加，
随之增加，所以确定合理的节点数非常重要，只要在保证加工精度的节点数越少越好。

O1234；
M03 S800 T0101 F0.2；
G00 X46.0 Z2.0；
＃1=30；椭圆长半轴
＃2=20；椭圆短半轴
＃3=30；椭圆Z向起点
＃4=-22；椭圆Z向终点
＃5=＃2*SQRT[＃1*＃1-＃3*＃3]/＃1；计算椭圆拟合点的
G01 G42 X[2*＃5] Z[＃3-30]；直线逼近拟合椭圆
＃3=＃3-1； Z向值等距变化更新
IF[＃3 GE ＃4] GOTO 1；条件判定式构成循环。

数控车非圆曲面螺纹编程与研究

第36卷第4期企业技术开发2017年4月V 〇1.36 N 〇.4TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISEAPr.2017教控车非圆&面螺程与研.车国柱(安徽亳州新能源学校，安徽亳州236700)摘要：文章基于FANUC 系统数控机床宏程序的编程和研究，以椭圆曲面上的外螺纹编程加工为例，来具体探讨非圆曲面轮H 的加工和非圆曲面螺纹加工，从而解决非圆曲面螺纹难加工的问题。

关键词％ FANUC r 非圆曲面；螺纹；宏程序中图分类号：TG 62文献标识码：A文章编号= 1006-8937(2017 )04-0052-03DOI ： 10.14165/j .cnki .hunansci .2017.04.018Programming and Research of NC Lathe Non-circularSurface ThreadCHE Guo-zhu(Bozhou Anhui New Energy School , Bozhou , Anhui 236700, China )Abstract ： Based on the programming and research of macro program of NC machine tool in FANUC system , taking the external thread programming processing on elliptic surfaces as an example ,this theis discussed the non circular surface contour machining of non-circular curved surface and thread processing , so as to solve the noncircular surface problem of machining thread .Keywords : NANUC ; Non-circular surface ; Thread ; Macro programi 概述经过多年的数控教学，会经常遇到加工非圆曲面螺纹，这种螺纹的加工无法通过常用的螺纹切削指令来直接编程。

数控车床上非圆曲线加工方法探讨

数控车床上非圆曲线加工方法探讨张杰瑜;权秀敏;黄红兵【摘要】通过研究非圆曲线的编程与加工过程,介绍了数控车床上非圆曲线的加工方法；利用FANUC Oi Mate-TC数控系统提供的宏程序功能和利用软件自动生成功能进行编程加工等.在生产中依据实际情况,可以选择不同的方法编制数控加工程序,以提高非圆曲线编程的准确性.【期刊名称】《蚌埠学院学报》【年(卷),期】2013(002)001【总页数】4页(P6-9)【关键词】数控车削;宏程序;非圆曲线【作者】张杰瑜;权秀敏;黄红兵【作者单位】六安职业技术学院机电工程系,安徽六安237158【正文语种】中文【中图分类】TG518目前，数控机床使用越来越普及［1］。

在数控车床上加工规则曲线的方法相对比较统一。

但是，对于椭圆、双曲线等非规则曲线的编程方法，各不相同，甚至有些机床数控系统本身不存在直接加工非圆曲线的G指令。

数控加工过程中，非曲线类零件加工不仅尺寸解算麻烦，而且在要求精度高、品种多且批量少的情况下就更加困难。

因此，数控车床上非圆曲线加工方法值得研究。

根据实际生产的经验，数控车床上非圆曲线加工的一般方法为:首先，可采用宏程序编程达到加工要求。

应用宏程序编程加工，可以用函数公式来描述工件的轮廓或曲面，这是现代数控系统一个重要的新功能和新方法。

灵活使用宏程序编程，将大大提高编程人员的工作效率。

其次，数控自动编程软件的出现与运用，降低了在加工非曲线类零件的难度。

目前在数控自动编程方面的软件有很多种，如CAXA、Pro/e、UG、CIMATRON、Master CAM 等，尤其以CAXA数控车较为方便。

下面以两例探讨数控车床上非圆曲线加工。

1 零件的模型及加工要求对于如图1所示的曲线轮廓零件，在配置FANUC Oi Mate-TC数控系统的数控车床上车削椭圆，毛坯尺寸为Ф110 mm×115 mm，材料45#钢，椭圆长半轴为40 mm，短半轴为30 mm。

非圆二次曲线的车削加工方法实例研究

本模块学习非圆二次曲线的车削加工方法，通过实例熟练掌握尺寸精度、形状位置公差和表面粗糙度的控制方法和确保方法，理解数控加工宏程序的编制方法。

1、零件图纸图1 实训图纸一2、工艺分析该零件主要的加工内容包括外圆粗、精加工、切槽及螺纹的加工。

加工工艺如下：<1）零件左端加工左端加工时从M20X1.5一直加工到外圆。

装夹时也应考虑工件长度，应以一夹一顶的装夹方式加工。

<2）零件右端加工右端加工较简单，只需夹住外圆，粗精加工椭圆即可。

3、刀具选择<1）选用的中心钻钻削中心孔。

<2）粗、精车外轮廓及平端面时选用93°硬质合金偏刀<刀尖角35°、刀尖圆弧半径0.4mm）。

<3）螺纹退刀槽采用4mm切槽刀加工。

<4）车削螺纹选用60°硬质合金外螺纹车刀。

具体刀具参数见下表刀具卡4、切削用量选择<1）背吃刀量的选择。

粗车轮廓时选用ap=2mm,精车轮廓时选用ap=0.5mm；螺纹车削选用ap=0.5。

<2）主轴转速的选择。

主轴转速的选择主要根据工件材料、工件直径的大小及加工的精度要求等都有联系，根据图2-1要求，选择外轮廓粗加工转速800r/min,精车为1500r/min。

车螺纹时，主轴转速n=400r/min。

切槽时，主轴转速n=400r/min。

<3）进给速度的选择。

根据背吃刀量和主轴转速选择进给速度，分别选择外轮廓粗精车的进给速度为130mm/min和120mm/min；切槽的进给速度为30mm/min。

具体工步顺序、工作内容、各工步所用的刀具及切削用量等详见下表。

切削用量表5、加工程序图2 实训图纸二图3 实训图纸三搜集整理，转载保留地址，谢谢！。

非圆曲线形状的工件在数控车床上加工方法之探讨

（．２河南工业职业技术学院机械工程系，南南阳４３０）河７０９摘要：过详细介绍Ｇ３指令在｝ｒ的使用格式、参数的意义、通７ｖ：时－各刀具循环路径、Ｘ轴方向 △（退刀距离）的应用公式和非圆曲线的宏程序模板，讲述了在数控车床上运用Ｇ３指令加工非圆曲７
Ｍａｅ：ｔ）
Ｇ３ △ ）（Ｋ）ｄ７Ｕ（ＩＷ △ Ｒ（）Ｇ３（ｓＱ（ｆＵ（Ｕ）（Ｗ）（）（）ｔ７Ｐｎ）ｎ） △ Ｗ △ ＦｆＳｓＴ（）Ｎ（ｓ・・ｎ）・・・・Ｎ（ｆ・－ｎ）・・・・
指令中各参数的意义如下所示：Ｆ为进给率，ｓ为主轴转速，为处于加工位置的刀位号，车过程Ｔ粗中从顺序号ｎ到ｎ的程序段中之间的ＦＳＴ都ｓｆ，，无效，只有在Ｇ３指令中指定的ＦＳＴ功能有效；７，， △ 为ｘ轴方向退刀距离（Ｉ半径指定）；Ｋ为Ｚ轴Ａ方向退刀距离；粗加工循环次数；ｓ精加工ｄ为ｎ为形状程序的第一个段号；ｆｎ为精加工形状程序的
非圆曲线形状的工件在数控车削中属于较复
距离及方向。
杂的零件类别，一般运用拟合法来进行加工。而此类方法的特点是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求高，直线的段数就多，虽然可以凭借ＣＤ软件来计算节点的坐标，是节点太多也Ａ但

基于非圆曲线的数控车削宏程序开发及应用

开发流程如图１示。所
３非圆曲线宏程序应用
３１圆加工实例．椭加工零件毛坯直径中７ｍｍ，程原点０编设于１４圆曲线的起点处。工思路如／椭加下：先采用外圆粗、车复合循环功能车削精出阶梯轴，后对椭圆部分的余量进行切然除，最后调用宏程序实现椭圆面的精车。由于前两步加工采用常规编程，关部分程相序省略，圆加工宏程序如下：椭
群１２ａＳＲ［撑０＃０／，圆１＝Ｘ × ＱＴ１１ｘ１０ｂＩ椭０一０
宏变量参数编程设计如下：＃ｌ０（方向椭圆的加工起点Ａ相０＝ｂＺ对于椭圆中心Ｏ的距离）＃ｌ２（圆起点Ａ相对于编程原点０：Ｏ椭
Ｇ０００ＸＺ２ＩＧＯ１Ｇ４Ｘ０２Ｚ０Ｆ０．２；０
为半径值）即２√一：６（为直径值，，：ａ１ｚ／ｚｘ
Ｚ以椭圆中心为原点的数学方程解）设Ｘ为。为＃ｌｌＺ＃１
Ｑ：！
ＳｃｉｅｎｃａＴｅｅｎｄｃｈｎＯＩｎｏｖｉｎＯＩｇｙｎａｔｏＨｅｒｄａｌ
Ｔ技术
基于非圆曲线的数控车削宏程序开发及应用
岳秋琴（重庆电子工程职业学院重庆
４１３１０）３摘要：针对数控系统常规手工蝙程中难以加工非圆曲线的不足，ＡＮ￣系统中椭圆曲线的车削加工为研究对象，用分析归纳法以ＦＵＣ采开发出非田曲线的通用宏程序，并给出该宏程序在椭田和抛物线曲面零件加工中的鳊程应用。工实践表明：宏程序适用于所有非圈加该方程曲线的加工，活简便，用性强，灵通有效提高了煽程的效率和质量。关键词：圈曲线数控车削宏程序变量非中图分类号：Ｐ１Ｔ３９文献标识码：Ａ文章编号：６４０８（０００（）０３ — ｌ１７－９Ｘ２１）６ｂ一０４０

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基于MATLAB的非圆曲线螺纹数控车削加工研究
在数控车削编程中，非圆二次曲线回转体零件的螺纹加工是一个难点。

首先利用MATLAB 软件计算非圆曲线螺纹宏程序的牙底直径，分析实验数据的准确性，验证螺纹程序的可加工性。

从而方便地实现了二次曲面螺纹的数控加工。

实验表明，该方法具有更好的加工柔性和更快的加工效率。

标签：MATLAB；宏程序；非圆二次曲线螺纹；数控加工
0 引言
在數控车车削编程加工过程中，当零件轮廓带有非圆曲线螺纹（如二次曲线、渐开线、抛物线等）型面时，由于该种零部件型面上午几何要素的特殊性，与常规的带有圆柱、圆锥等型面的零部件相比，二次曲面螺纹的编程、加工、检测相对复杂。

如用软件编程，则生成的程序结构容量较大，检查、修改困难。

实际加工中，用宏程序编程，能够给我们带来诸多的方便，但是程序检验比较困难。

本文借助MATLAB软件，以数控车床上加工椭圆螺纹为例，分析宏程序编制二次曲线螺纹加工程序的基本思路、技巧及验证方法。

1 零件编程分析
以椭圆为例，为了和数控车编程坐标系参数一致，椭圆标准方程的参数y、分别相对应的是数控车、坐标轴，椭圆标准方程改为：
，加工螺距为2的普通三角螺纹，尺寸如图1所示。

根据工件图示尺寸可以看出，运用数控车的宏程序编程可以实现外缘轮廓加工，再利用螺纹加工宏程序语句实现螺纹加工，程序如下：
O0001；
M03 S800；
T0202；
G00 X30 Z5；
G73 U4 R4；（外轮廓粗加工）
G73 P10 Q20 U0.5 F0.12；
N10 G00 X20；
G01 Z0；
#1=0；（椭圆宏程序）
N1 #2=20*COS[#1]-20；
#3=4*SIN[#1]+20；
G01 X[#3] Z[#2]；
#1=#1+1；IF[#1 LT 181] GOTO1；
N20 G01 X30；
M03 S1000；
T0202；（外轮廓精加工）
G00 X30 Z5；
G70 P10 Q20 F0.05；
G00 X100 Z200；
M03 S400；
T0606；（椭圆面螺纹加工宏程序）
G00 X30 Z5；
#7=0.2；N2 #4=0；G00 X30；Z0；X[20-#7]；N3 #5=1-[#4+20]*[#4+20]/400；
#6=20+4*SQRT[#5]；
G32 X[#6-#7] Z[#4] F2；（螺距是2）
#4=#4-2；
IF[#4 GT -42] GOTO 3；
#7=#7+0.2；（精加工螺纹牙型）
IF[#7 LT 0.8] GOTO 2；
G00 X30；
X100 Z200；
T0404；
G00 X30 Z-43；
G01 X0；
X100；
Z330；
M05；
M30；
2 MATLAB软件分析螺纹加工宏程序
考虑抛物椭圆加工特性和螺纹加工方便对刀，工件坐标系设置在椭圆右端面，编程时只考虑该抛物线z轴取值都在负半轴、x轴取值都在正半轴的数值，输出程序如下：
a=20；
b=2；
z=-40：2：0；
x=（b/a）*sqrt（a -（z+20）*（z+20））；
plot（z，x，’.r’）；
axis（[-40 0 0 3.5]）；
xlabel（’’）；
ylabel（’’）；
title（’’）
set（gca，’ydir’，’reverse’）；
上述程序输出图2所示：
椭圆底径尺寸坐标值输出如表1。

由于螺纹车削时的走刀速度较快，随着切削深度增加，螺纹刀具两侧的切削刃聚集了较高的切削力，圆弧
曲率变化还会导致车刀两侧切削刃受力不均，牙型侧面的粗糙度因此不同。

下图为使用本文宏程序进行加工椭圆曲面螺纹加工成品，如图3。

结合图2和表1可以看出，通过MATLAB软件验证二次曲面螺纹宏程序的螺距以及底径尺寸是否满足加工要求，比软件作图和手工测量更容易，更方便。

3 总结
MATLAB软件结合数控宏程序，实现二次曲线轮廓编程加工的验证，方法简单，输出图形直观，随着工业产品性能要求的不断提高，非圆曲线零件的应用越来越广泛、精度要求越来越高。

结合MATLAB软件，对非圆曲线的宏程序编程以及加工中出现问题的地方直接通过软件计算出来，操作者可以依据零件精度要求更改宏程序参数，提高了加工效率。

参考文献：
[1]王恒厂，周燕飞.由C语言程序格式解析宏程序[J].现代制造工程，2008（05）：126-127.
[2]北京法那科机电有限公司.Fanuc 0i mate TC 操作说明书[S].2007.
[3]王恒厂，闫方等.基于MATLAB的复杂型面数控加工编程[J].机械制造与自动化.2016（02）：111-113.
作者简介：王万里（1971-），男，南京人，助理工程师，主要研究方向：CAD /CAM。