利用宏程序加工非圓曲線

摘 要:在現今的數控系統中，常見的是直線插補和圓弧插補，由于目前大多數數控機床不具備加工橢圓的直接編程代碼，沒有橢圓、雙曲線、拋物線等插補。橢圓的加工，往往需要用參數方程或橢圓解析式作為數學模型，運用宏程序來解決就非常簡單了。

關鍵字:宏程序; 非圓曲線加工; 橢圓加工實例

中圖分類號:TG57 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2010)7-104-001

一、非圓曲線加工遇到的瓶頸

在實際生產和各種數控大賽中，我們會遇到各種各樣由復雜曲線所構成的非圓曲線(如橢圓曲線、拋物線、雙曲線和漸開線等)零件，隨著工業產品性能要求的不斷提高，非圓曲線零件的作用就日益重要。數控機床的數控系統一般只具有直線插補和圓弧插補功能，非圓曲線形狀的工件在數控車削中屬于較復雜的零件類別，一般運用擬合法來進行加工。而此類方法的特點是根據零件圖紙的形狀誤差要求，把曲線用許多小段的直線來代替，根據零件圖紙的形狀誤差，如果要求高，直線的段數就多，雖然可以憑借CAD軟件來計算節點的坐標，但是節點太多也導致了加工中的不方便，如果能靈活運用宏程序，則可以方便簡捷地進行編程，從而提高加工效率。

二、宏程序的簡介

數控編程是數控加工準備階段的主要內容，通常包括分析零件圖樣，確定加工工藝過程;計算走刀軌跡，填寫加工工藝卡片;編寫數控加工程序;制作控制介質;校對程序及首件試切。有手工編程和自動編程兩種方法。手工編程是指編程的各個階段均由人工完成。對于幾何形狀復雜的零件需借助計算機使用規定的數控語言編寫零件源程序，經過處理后生成加工程序，稱為自動編程。

各類數控系統的參數編程，應用靈活，形式自由，具備計算機高級語言的表達式、邏輯運算及類似的程序流程，使加工程序簡練易懂，實現普通編程難以實現的功能。

在編程工作中，我們經常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那樣存人存儲器，用一個總指令來代表它們，使用時只需給出這個總指令就能執行其功能所存入的這一系列指令稱作用戶宏程序本體，簡稱宏程序。這個總指令稱作用戶宏程序調用指令。在編程時，編程員只要記住宏指令而不必記住宏程序。

宏程序是加工編程的重要補充。FANUC6M數控系統變量表示形式為#后跟1～4位數字，變量種類有三種:

(1)局部變量:#1～#33是在宏程序中局部使用的變量，它用于自變量轉移。

(2)公用變量:用戶可以自由使用，它對于由主程序調用的各子程序及各宏程序來說是可以公用的。#100～#149在關掉電源后，變量值全部被清除，而#500～#509在關掉電源后，變量值則可以保存。

(3)系統變量:由#后跟4位數字來定義，它能獲取包含在機床處理器或NC內存中的只讀或讀/寫信息，包括與機床處理器有關的交換參數、機床狀態獲取參數、加工參數等系統信息。

編程中變量的用途有四個，運算;遞增量或遞減量;與一個表達式比較之后，決定是否實現跳轉功能的條件分支;將變量值傳送到零件程序中去。

三、一般非圓曲線宏程序的基本步驟

(1)選定自變量。非圓曲線中的X和Z坐標均可以被定義成為自變量，一般情況下會選擇變化范圍大的一個作為自變量，并且要考慮函數表達式在宏程序中書寫的簡便，為方便起見，我們事先把與Z坐標相關的變量設為#1，將X坐標相關的變量設為#2等。

(2)確定自變量起止點的坐標值。必須要明確該坐標值的坐標系是相對于非圓曲線自身的坐標系，其起點坐標為自變量的初始值，終點坐標為自變量的終止值。

(3)進行函數變換，確定因變量相對于自變量的宏表達式。

(4)確定公式曲線自身坐標系的原點相對于工件原點的代數偏移量。

(5)設計非圓曲線宏程序的模板設Z坐標為自變量#1，X坐標為因變量#2，自變量步長為0.05，則公式曲線段的加工程序宏指令編程(無X軸偏心)模板如下:

#1=常數 (定義自變量Z的半軸長)

WHILE [ #1 GE Z2](加工控制到Z向終點值)

#2=f(#1) (建立自變量與因變量函數關系式)

#3=#1+△Z(計算曲線上點在加工坐標系的Z坐標)

G01 X[2*#2] Z[#3]F (曲線加工)

#1=#1-0.05 (自變量減小一個步距)

END (加工結束)

四、非圓曲線宏程序的具體應用實例 (華中系統)

實例:加工如下圖所示的零件，工藝條件:工件材質為45#鋼，毛坯為直徑Φ50mm，長110mm的棒料，編程零點放在工件右端面。(X軸無偏心距)

程序如下:

%1234 程序起始

G0 X100 Z100T0101 快速定位到換刀點

M03 S800主軸正轉

G0 X50 快速定位到對刀點

Z2 循環起始點

G71 P10 Q20 U1 R1 X0.5 Z0 F100 內外徑循環語句

N10G0 X0快速定位

G1 Z0 F50 直線插補到工件右端面

#1=60對橢圓的Z向變量賦值

WHILE #1 GE [0] 變量變化范圍

#2=20*SQRT[60*60-#1*#1]/60 根據橢圓方程對X向變量賦值

G1 X[2*#2] Z[#1-60] 橢圓變量插補

#1=#1-0.05 Z以步長為0.05變化

ENDW宏程序結束

N20 G1 Z-90 直線插補循環結束

G0 X100 退刀X向

Z100退刀Z向

M5 主軸停轉

M30 程序結束

通過實例可知宏程序是從工件外不斷逼近直至最后加工成型，解決了非圓曲線不能用子程序的相對編程方式的矛盾，因此加工非圓曲線的工件靈活使用宏程序，實現了數控加工方便快捷之目的。