徐 兵 翁劍峰 劉二強(qiáng)

(①臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 黃巖 318020；②太原科技大學(xué)，山西 太原 030024)

螺紋種類繁多，應(yīng)用越發(fā)廣泛[1-3]，然而牙型為圓錐曲線的異形螺紋由于編程加工難，功能未得到充分發(fā)揮，在生活中很少見到。該類螺紋一般采用數(shù)控車削宏程序編程[4-5]，鐘璞等[6]利用宏程序解決了在橢圓面上車削多頭傳動(dòng)螺紋的難題；黃松[7]介紹了橢圓曲線螺紋，雙曲線螺紋和余弦曲線螺紋零件的宏程序編制方法。這些方法思路各異，過程繁瑣，沒有統(tǒng)一。為了簡化圓錐曲線牙型螺紋編程，文章以FANUC-Oimate系統(tǒng)為例，在前期研究圓錐曲線極坐標(biāo)統(tǒng)一方程的基礎(chǔ)上[8]，提出了1個(gè)適合這3種圓錐曲線牙型螺紋的極坐標(biāo)宏程序統(tǒng)一編程模式，并通過Visual Basic開發(fā)出1個(gè)智能平臺(tái)，針對(duì)不同的圓錐曲線異形螺紋，在平臺(tái)上修改關(guān)鍵參數(shù)，即可獲得該類螺紋零件的宏程序，同時(shí)在VERICUT仿真軟件得到驗(yàn)證，方便操作，易于加工。

1 數(shù)控車削圓錐曲線異形螺紋零件極坐標(biāo)宏程序統(tǒng)一模式的建立

如圖1所示，在前期的工作上[8]，通過圓錐曲線極坐標(biāo)方程，將數(shù)控車削橢圓、拋物線和雙曲線這3種圓錐曲線異形螺紋零件的宏程序歸納，獲得如下的統(tǒng)一宏程序編程。

O1

G98

T0101

M3S800

G0X100Z100

G0(D+2)#1=θ1

(定義變量#1為極角θ，且最小值為θ1)

N10#2=X0+e*p*COS[#1] /[1+e*SIN[#1]]

(#2為計(jì)算二次曲線上M點(diǎn)的x’坐標(biāo))

#3=Y0-e*p*SIN[#1]/[1+e*SIN[#1]]

(#3為計(jì)算二次曲線上M點(diǎn)的y’坐標(biāo)，即半徑值)

G0X [2*#3]Z[#2+f]

(快速定位到螺紋第一個(gè)切削起點(diǎn)，f為螺紋螺距)

G32Z-(L+0.5)F(f)

(第一刀螺紋切削，L為螺紋總長，)

G0X(D+2)

(D為螺紋外徑)

Z6

(第一刀螺紋切削完畢，退回到循環(huán)起點(diǎn))

#1=#1-1

(極角重新賦值，不斷減少)

IF[#1GEθ2]GOTO10

(條件循環(huán)語句，極角變化大于θ2時(shí)，回到程序段10)

G0X100Z100

M30

2 基于VB的圓錐曲線異形螺紋零件宏程序智能平臺(tái)的開發(fā)

如圖1所示,圓錐曲線異形螺紋零件的宏程序模式統(tǒng)一，邏輯性強(qiáng)，但操作困難，而VB是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛也是可視化的程序開發(fā)工具之一[9-10]。因此采用VB開發(fā)圓錐曲線異形螺紋零件宏程序智能平臺(tái)，可使平臺(tái)人機(jī)界面友好，可操作性強(qiáng)。

2.1 智能平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

本平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)的功能：(1)接收用戶輸入的圓錐曲線參數(shù)；(2)根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)e的大小，輸出不同的圓錐(橢圓、雙曲線和拋物線)示意圖；(3)圓錐曲線異形螺紋零件的宏程序NC代碼生成及輸出。

2.2 智能平臺(tái)界面設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)平臺(tái)界面的可視化，如圖2所示，平臺(tái)界面中加入一個(gè)圖形窗口，顯示用AUTOCAD繪制的圓錐曲線示意圖，示意圖中對(duì)應(yīng)的參數(shù)在右側(cè)文本框里顯示，用戶可根據(jù)實(shí)際的加工零件需求輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 圓錐曲線異形螺紋參數(shù)界面標(biāo)簽及含義

2.3 變量賦值與運(yùn)算

在VB的源代碼中，在智能平臺(tái)界面輸入的參數(shù)數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行程序運(yùn)算。

部分計(jì)算程序源代碼如下：

(1)輸出程序代碼到智能平臺(tái)界面，供用戶調(diào)用

Private Sub CommandButton1_Click()

TextBox1.Value = ""

mystr = Sheet1.Range("D5").Value

′D

If Len(D.Value) >= 1 Then

vD = Val(D.Value) + 2

mystr = Replace(mystr, "{{D+2}}", vD)

Else

MsgBox "請(qǐng)輸入直徑D"

Exit Sub

End If

′ X0

If Len(X0.Value) >= 1 Then

vX0 = Val(X0.Value)

mystr = Replace(mystr, "{{X0}}", vX0)

Else

MsgBox "請(qǐng)輸入X0"

Exit Sub

End If

……………………

TextBox1.Value = mystr

(2)根據(jù)e值，加載零件仿真加工示意圖

部分輸出代碼如下：

evalue = Val(e.Value)

If Val(e.Value) > 1 Then

Image2.Picture = LoadPicture(ThisWorkbook.Path + "imgsg1.jpg")

ElseIf Val(e.Value) = 1 Then

Image2.Picture = LoadPicture(ThisWorkbook.Path + "imgse1.jpg")

Else

Image2.Picture = LoadPicture(ThisWorkbook.Path + "imgsl1.jpg")

End If

End Sub

…………………….

2.4 NC程序的生成及加工驗(yàn)證

如圖2所示，參數(shù)設(shè)置完后，點(diǎn)擊“生成代碼”，即可生成圓錐曲線異形螺紋零件的宏程序，顯示在界面右邊框中，該宏程序可直接在機(jī)床上執(zhí)行。同時(shí)，相關(guān)的零件仿真圖出現(xiàn)在界面左下角邊框中?，F(xiàn)對(duì)數(shù)控車削不同圓錐曲線異形螺紋零件進(jìn)行宏程序代碼生成并加工驗(yàn)證。

(1)橢圓(e<1)

(2)雙曲線(e>1)

圖7中拋物線方程x′2=10y′,FM點(diǎn)與Z軸夾角，即極角θ變化范圍為(-10.389 °，190.389°)，且e=1，p=5，且焦點(diǎn)F坐標(biāo)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X0，Y0)為(-5,18.9)。將獲得的參數(shù)輸入到圖2文本框中，生成的代碼在機(jī)床上執(zhí)行，加工后的零件如圖8所示。

3 結(jié)語

通過對(duì)圓錐曲線中橢圓、雙曲線和拋物線異形螺紋零件反復(fù)的運(yùn)算和調(diào)試，該智能平臺(tái)生成的程序符合設(shè)計(jì)要求。

圓錐曲線異形螺紋零件的加工，關(guān)鍵在于程序，它決定了數(shù)控加工的精度和速度。通過VB編制該類零件的宏程序，操作界面可視化高，簡單易懂。該方法和技術(shù)在實(shí)際機(jī)床加工中得到了驗(yàn)證，具有極高的推廣意義。