曲线加工的G代码程序分析

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在机械、模具制造行业，经常遇到曲线加工。对于简单的曲线——圆弧，G代码提供了G2、C3、I、J、K、R指令，很容易写出数控程序。但对于一些复杂、特殊的曲线——椭圆、抛物线、渐开线等，当然还有更加复杂的高次曲线，常规的手段就无能为力。笔者根据多年的工作实践，通过借助一些工具软件，经特殊处理，写出G代码程序来解决此类问题。常用的方法有三种：①利用G代码的强大功能，写出宏程序。②借助工具软件Mastercam，生成曲线程序。③用C语言（或其他语言）产生程序的主数据文件，然后手动在文件头尾加上功能语句，成为可以运行的程序。这三种方法都有各自的优、缺点和适用范围，可以相互补充。
1.G代码的宏程序
它提供了变量，算术运算指令（加、减、乘、除），功能函数（SIN，COS，TAN，…），还有控制指令（IF——GO-TO,WHILE——DO）。巧妙的运用这些指令，可以解决很多比较简单、有规律的曲线，如正弦曲线、抛物线等。例1：正弦曲线（如图1）。

主程序主程序
…
G65P9910AOB360．C100．F100
…
对局部变量设置
#l=0
1 F, }9 P2 O  o/ z; K: d1 v#2=360.00
5 ^$ |$ v& U7 \9 b* k#3=100.00
4 J1 p. f8 N4 z9 m9 C  `5 V# `#9=100.00
09910（子程序）
WHILE[#1IE#2]DO1
#10=#3*SIN[#1]
G90Gl#lY#10F#9
. }" N$ Q4 e1 g- L#1=#1+10．
END1
当然，此法还可以表达较复杂的曲线。宏程序短小精炼，对于存储空间小的设备很适用。具有很强的适应性，只要改动一两个数据就可以进行粗加工。但其晦涩难懂，逻辑复杂，过程中的错误不易发现，对于特别复杂的曲线无能为力。这种方法对编程人员的要求较高，须非常熟练G代码，包括不常用的指令，要有相当扎实的高等数学知识，还要熟悉数控加工操作。

; ?/ R& z  c0 p! p# CMastercam软件的应用
2.利用Mastercam软件
此软件广泛应用于数控加工，界面亲和，易学易用，能解决G代码宏程序不能解决的问题。以本文给出的工件为例，如图2所示，其曲线由一些离散的坐标点来定义（用于测量），如附表所示。

: A+ k3 g7 t3 I' C- J+ L; W0 R$ S
用Mastercam处理，操作流程如下：①先创建点，按坐标值绘制所有已知点。②把所有点按次序联成Spline曲线。③选择加工方式。④生成加工程序。具体步骤如下：
第1步，Create—Point—Position，然后直接输入坐标值，先x轴后y轴，中间用逗号隔开。第2步，待所有给定数据输入完毕后，命令Create—Spline—Auto-matic，系统提示选择第一个点、第二个点及最后一个点，一一点击完成后，系统自动生成Spline样条曲线。第3步，命令Toolpaths—Finish—Chain，用鼠标点击曲线的右（末）端，选择End here命令，确认Done后，弹出Tool parameters刀具参数对话框，根据需要选择合适刀具，再切换到Finish parameters对话框，如图3所示，选择切削参数。该过程中要特别注意几个重要参数的确定：①Linearization决定加工精度，其值越小精度越高，则程序也越长，一般0.01就足够了。②Compensa-tion type意为选择刀补类型，常用的是Computer和Con-trol两种。computer是根据刀具实际情况计算出刀具轨迹，生成程序，不用刀补；Control则不考虑刀具规格，生成有刀补的程序。③Compensation direction，选择刀补方向，一般可根据加工方式和操作方法而定。以上参数确定后弹出管理菜单，如图4所示。第4步，点击Post键，打开后处理对话框，如图5所示，确定机床数控操作系统，此处选择的是FANUC系统，文件是MPLFAN。，注意：后处理文件以MPL开头，其后几位表示简写的数控操作系统。若想更改为其他系统，通过change Post键进行选择，且选中Edit命令，然后点击0K键，生成程序。
5 C0 P: }2 |. N  P  g. R: }
5 W, L7 [) k- J& R$ K7 C
, p9 V8 b/ B2 W/ y, G
! u& I; \- N) j) W. Y该工件的加工经过几次摸索：第一次加工时直接利用给出点的坐标值，将两点间近似为一条直线，用G1指令写出程序。结果加工出来的曲线是19段折线，是离散点过于稀疏造成的。第二次，在AutoCAD2002中把离散点用样条曲线Spline命令串连起来，用垂线分曲线，等分它在X轴上的投影，将点的坐标求出来，增加了点的个数。且人为在原有两点之间插入若干个点，全部写入程序。此法虽然能解决问题，但很繁琐，且程序庞大，易出错。第三次，使用Mastercam，采用样条线把离散的点连起来，直接生成满足精度要求的程序，与方法二相比，生成程序短小精炼，正确率高。该方法高效、简单、便捷，可以解决只给定离散点的曲线形式，对操作者要求较低。
' t& p9 g# a* W" @& M* i8 M
曲线加工的数据编程
3.用C语言（或其他语言）生成程序的数据主体
某产品，其外形是一个很复杂的曲线方程，用宏程序很难（甚至不可能）把它写出来，而Mastercam则无法输入函数方程。此时，借助C语言来生成数据主体。
8 B' g& M  \/ E& |+ h4 b  g1 m例：车工曲线方程如下：
0≤x≤22.1
Y=200.2＋140.653√b
b=0.008754（x/168）＋6.1455（x/168）2
$ W/ o( G9 T/ ]# o" q$ S－4.87544（x/168）3＋0.568749（x/168）4
＋0.76587（x/168）5
7 q! P! v: P: ^: E+ k它很难在Mastercam中绘制。用C语言来计算其离散点，过程如下：
, _1 n+ ?* L1 Y#Include”math．h”
#Include”conio．h”
#Include”stdio．h”
: [1 |) r/ M9 dMain （）
｛
  K! ?4 R6 p3 wdouble a，b，d，c，i，e；
" R; f* O6 y  GFILE*fp；
fp=fopen（”d：＼s77.txt”，”w＋”）；
& O' r) T8 o# A) V7 p6 |4 c6 W( Z
/ O+ f5 t6 S6 E9 [; N# f' Cfor（i=0；i