轧辊磨床所加工的非圆曲线(正弦曲线、圆锥曲线等),用手工编程方法处理周期长、计算量大、精度差、易出错,难以满足生产要求,而采用R参数编程可很好地解决这一问题。1 R参数编程简介R参数编程是使用参数变量来代替程序中的功能代码或地址值而编写的加工程序。S INUMERIK840D数控系统在地址R下为用户提供一种名为“算术参数”的100个用户 专用的变量,范围从R00到R99。R参数是控制系统区分的三种变量类型之一,它们是专门的 、预定义的、类型为实型数据的全局公共变量,此种变量专门供用户随意支配<1>。R参数编程 的实质,就是用变量R编写逻辑计算公式,并根据R数值的条件,多次调用子程序,以简化编程, 并使得程序简明精练,计算精确无误。在加工程序中,巧妙地运用R参数能够使程序简洁而实用。 编制这种程序,首先要确定参数变量,然后根据加工要求编制逻辑计算程序,最后确定参数值和初 始状态,将编好的程序输入数控机床即可运行<2>。在加工过程中可根据不同零件的特点和加工 需求来设定加工参数,从而控制零件的加工精度。2编程方法的选择在相当长的一段时间内,由于 受轧辊磨床控制技术的限制,加工曲线都通过仿形机构生成,为轧辊磨床装备了数控系统后,就增 加了选取轧辊参数的灵活性,便于轧制工艺的调整<3>。数控系统一般都只有直线和圆弧插补的 功能,而且虽然SINUMERIK840D自身提供了一些曲线的加工方法,但对于一些特殊加 工曲线如正弦曲线、圆锥曲线等这样的非圆曲线,只靠数控系统本身就难以满足加工要求,因此就 要采用直线或圆弧逼近的方法来加工。虽然非圆曲线轮廓零件的种类很多,但不管是哪一种类型的 非圆曲线零件,编程时所做的数学处理是大体相同的。一是选择插补方式,即首先应决定是采用直 线段逼近非圆曲线,还是采用圆弧段逼近非圆曲线;二是插补节点坐标计算。采用直线段逼近零件 轮廓曲线,一般数学处理较简单,但计算的坐标数据较多。根据轧辊曲线的特点(轧辊辊身跨度长 达几米,而拱高只有几十微米),该曲线几乎近于直线,因此可选用直线插补方法。等间距法是使 某一个坐标的增量相等,然后求出曲线上相应的节点,将相邻节点连成直线,用这些直线段组成的 折线代替原来的轮廓曲线进行直线插补编程。其特点是计算简单,坐标增量的选取可大可小,选得 越小,加工精度越高,同时节点也会增多,相应的程序也将增加<4>。采用R参数编程则可以无限增加曲线节点的数量而不增加程序的复杂程度。因此本文选用等间距法编写带R参数的数控加工程序。3R参数编程的具体应用本文以正弦轧辊曲线为例说明R参数编程及等间距法在数控轧辊磨床的具体应 用。图1正弦轧辊曲线建立如图1所示的坐标系,Z轴是轧辊磨床的纵向(大拖板)运动轴,U轴 是数控中高机构运动轴。图示MN段正弦曲线是待加工的轧辊曲线,它是相对最高点C的对称线。 该曲线的加工参数包括Z方向的加工起始点Z0、U方向的起始点U0、曲线的拱高H、跨度P、 初始角π/2-θ。设要加工曲线上任意点的弧度值为R1,则有:U=AsinR1+C0…… ……………………(1)式中:A为正弦曲线的幅值;C0为正弦曲线在U方向偏离原点的数值。 P2(/π2-θ)=Z-Z0R1-θ………………………(2)H=A-Asinθ(3)… …………………………由图1可得:U0=Asinθ+C0……………………………(4)由以 上各式可得横坐标Z和纵坐标U关于变量R1的函数表达式,以及U关于Z的函数表达式如下:Z =PR1-(P+2Z0)θ+πZ0π-2θ……………(5)U=H1-cos(/π2-θ )sinR1+U0-cos(/π2-θ)1-cos(/π2-θ)H……………(6)U= H1-cos(/π2-θ)×sinπ-2θPZ+θ-π-2θPZ0+U0-cos(/π 2-θ)1-cos(/π2-θ)H……………(7)4编写数控加工程序参照西门子的编程指 南和高级编程手册,根据加工要求编写数控加工程序。编写程序时首先要确定参数变量,参数定义 如下:R1为曲线上任意一点的弧度值,取值范围视曲线的初始角而定,初始角为π/2-θ,则 R1的取值范围为θ~(π-θ);R2为Z方向的加工起始点的坐标植,即R2=Z0;R3为 U方向的加工起始点坐标值,即R3=U0;R4为待加工曲线的跨度,即R4=P;R5为待加 工曲线的拱高,即R5=H;R6为初始角,即R6=π/2-θ;R7为把加工曲线均分成n份 ,R7=n;R8为每份的间隔,R8=(π-2θ)/n将待加工的正弦轧辊曲线均分成n份, 每份间隔为R8=(π-2θ)/n,再用直线插补连接,插补的精度取决于n,n越大,插补精度越高。主要的加工程序如下:%101N10R1=θR2=Z0 R3=U0 R4=P R5=H R6=π/2-θR7=n R8=(π-2θ)/nN20 G54 G90 G00 ZR2 UR3N10 G01 F20 S600 M03N40 AA:R9=R4×R1-(R4+2R2)(π/2-R6)+πR22R6 R10=R51-cosR6sinR1+R3-cosR61-cosR6R5N50 Z=R9 U=R10N60 R1=R1+R8 R7=R7-1N70 M17N80 IF R7>=0 GOTOB AAN90 M30程序注解:N10程序段为参数设定,在这里所有的参数必须为数值;N20中G54表示使 用工件坐标系,本系统的工作坐标系的零点即为图1中的点M;N40程序段为名称为AA的子程 序:N80程序段为有条件程序跳转,GOTOB表示向前跳转,即满足R7>=0时向前跳转到子程序AA处,执行子程序。图2所示是R参数赋以具体数值R2=100mm,R3=200 mm,R4=3000 mm,R5=0·85 mm,R6=0·4π后得到的加工曲线。图2 R参数赋值后的加工曲线5结论1)R参数编程可以简化加工程序,而且程序的逻辑性强,便于阅读 和调试,为编写某些复杂的加工程序带来了方便。2)某些零件属于同一种曲线类型,比如正弦曲 线或圆锥曲线,只是在加工时给定的参数不同,导致曲线的形状、尺寸不同,通过编写参数化的数 控加工程序,可以避免重复编程,只要在加工时根据要求传递不同的加工参数就可以了,从而节约 时间,大大提高加工效率。3)由于R参数编程一个重要的特点就是可以无限增加曲线节点的数量 而不增加程序的复杂程度,因此要想提高某些零件的加工精度,可以根据具体零件的特点和加工要 求,通过合理增加节点数量的方法来实现,选择的节点数量越多,加工精度也就越高。SINUM ERIK840D数控系统R参数编程在轧辊磨床中的应用@李南$兰州理工大学机电工程学院!兰州730050
@魏春雪$兰州理工大学机电工程学院!兰州730050
@赵学$兰州理工大学机电工程学院!兰州730050R参数编程是西门子数控系统提供的一种先 进的编程方法,阐述其参数编程的特点,并以正弦轧辊曲线为例介绍R参数编程在数控轧辊磨床上 的应用,并用等间距法编写主要的数控加工程序。参数编程;;R参数;;轧辊磨床;;等间距法<1>SINUMERIK840D-840Di-810D高级编程手册.2004.
<2>张齐.参数编程在数控车床上的应用
.华北航天工业学院学报,2004,14(2):14-17.
<3>朱大勇.鞍钢SAXW型轧辊磨床的数控化研究.北京:北京科技大学,2003.
<4>任玉田,焦振学,王宏甫,等.机床计算机数控技术.北京:北京理工大学出版社,2 002.?)R参数编程可以简化加工程序,而且程序的逻辑性强,便于阅读和调试,为编写某些 复杂的加工程序带来了方便。2)某些零件属于同一种曲线类型,比如正弦曲线或圆锥曲线,只是 在加工时给定的参数不同,导致曲线的形状、尺寸不同,通过编写参数化的数控加工程序,可以避 免重复编程,只要在加工时根据要求传递不同的加工参数就可以了,从而节约时间,大大提高加工 效率。3)由于R参数编程一个重要的特点就是可以无限增加曲线节点的数量而不增加程序的复杂 程度,因此要想提高某些零件的加工精度,可以根据具体零件的特点和加工要求,通过合理增加节 点数量的方法来实现,选择的节点数量越多,加工精度也就越高。SINUMERIK840D数控系统R参数编程在轧辊磨床中的应用@李南$兰州理工大学机电工程学院!兰州730050
@魏春雪$兰州理工大学机电工程学院!兰州730050
@赵学$兰州理工大学机电工程学院!兰州730050R参数编程是西门子数控系统提供的一种先 进的编程方法,阐述其参数编程的特点,并以正弦轧辊曲线为例介绍R参数编程在数控轧辊磨床上 的应用,并用等间距法编写主要的数控加工程序。参数编程;;R参数;;轧辊磨床;;等间距法<1>SINUMERIK840D-840Di-810D高级编程手册.2004.
<2>张齐.参数编程在数控车床上的应用.华北航天工业学院学报,2004,14(2):14-17.
<3>朱大勇.鞍钢SAXW型轧辊磨床的数控化研究.北京:北京科技大学,2003.
<4>任玉田,焦振学,王宏甫,等.机床计算机数控技术.北京:北京理工大学出版社,2002.
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