宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合車削非圓曲線輪廓

林 強(qiáng)

（廣東省理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 510500）

宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合車削非圓曲線輪廓

林 強(qiáng)

（廣東省理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 510500）

對非圓曲線輪廓零件的編程，采用粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合精加工宏程序進(jìn)行，不僅可以使得編寫的程序段少，縮短編程的輔助時間，同時又可減少程序運行行數(shù)，快速完成零件的粗精加工，提高編程與加工的效率。

非圓曲線；宏程序；粗車復(fù)合循環(huán)

0 引言

數(shù)控車床可以加工各種類型的回轉(zhuǎn)面，對于圓柱面、錐面、圓弧面、球面等的加工，可利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)指令完成，而對于一些非圓曲線（如拋物線、橢圓）構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體，編程和加工起來具有一定的難度。因為大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)只提供直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種插補(bǔ)功能，因此，在數(shù)控機(jī)床上對非圓曲線的加工大多采用小段直線或者小段圓弧逼近的方法來編制加工程序。

使用宏程序?qū)Ψ菆A曲線輪廓零件進(jìn)行編程，在實際運用中，常作為子程序來調(diào)用，刀具工進(jìn)時耗費在空走刀的時間遠(yuǎn)超過加工切削時間，致使生產(chǎn)效率降低。如果將宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)效結(jié)合起來，可以使得刀具工進(jìn)時空走時間長的問題得到較好的解決。本文以華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)為例，對采用粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合精加工宏程序進(jìn)行編程的方法進(jìn)行具體分析和介紹。

1 非圓曲線節(jié)點的循環(huán)計算

對非圓曲線輪廓的零件進(jìn)行編寫時，常用多個直線段或圓弧去近似代替非圓曲線， 逼近線段與被加工曲線的交點， 稱為節(jié)點。以下以橢圓為例，說明非圓曲線節(jié)點的循環(huán)計算過程。

以直線逼近橢圓的情況如下：采用平分等角度(間距)法，以角度β為變量，變化范圍為0°～360°，節(jié)點的坐標(biāo)計算公式為：X＝αcos β；Y＝bsin β；其中α為橢圓長半軸，b為橢圓短半軸。從β＝0°開始計算，每計算出一個節(jié)點的坐標(biāo)就直線插補(bǔ)到該點，然后β增加一個步距(增量)，利用宏程序中循環(huán)語句，進(jìn)行變量迭代，表達(dá)式及其它語句無須改變，直到β超出變化范圍為止。角度β每次的變化量和最后工件的加工表面質(zhì)量有較大關(guān)系，步距（增量）越少，加工精度越高，表面粗糙度值越小，但走刀次數(shù)就會相應(yīng)增加，加工效率則降低，所以，要全面的綜合考慮各種因素，選擇合理的步距（增量）。

2 宏程序/子程序調(diào)用

對尺寸不同，但形狀相同或相近的零件進(jìn)行編程時，使用變量、算術(shù)和邏輯運算及條件轉(zhuǎn)移指令編制宏程序，程序中體現(xiàn)零件的走刀軌跡，操作者只需使用用戶宏命令對其進(jìn)行調(diào)用即可，而不必記憶用戶宏主體。使用宏程序作為子程序調(diào)用時要注意以下的要點。

1）宏程序/子程序調(diào)用的參數(shù)傳遞規(guī)則

G代碼在調(diào)用宏程序時，為了保存當(dāng)前主程序的編程信息，系統(tǒng)會將當(dāng)前程序段各字段(A～Z共26個字段，如果沒有定義則為零)的內(nèi)容復(fù)制到宏執(zhí)行時的局部變量#0-#25，同時復(fù)制調(diào)用宏時當(dāng)前通道九個軸的絕對位置（機(jī)床絕對坐標(biāo)）到宏執(zhí)行時的局部變量#30～#38。

調(diào)用一般子程序時，不保存系統(tǒng)模態(tài)值，即子程序可修改系統(tǒng)模態(tài)，并保持有效；而調(diào)用固定循環(huán)時，保存系統(tǒng)模態(tài)值，即固定循環(huán)子程序不修改系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)。

表1列出了宏當(dāng)前局部變量#0～#25所對應(yīng)的宏調(diào)用者傳遞的字段參數(shù)名。

表1 宏調(diào)用時所傳遞的字段參數(shù)名與當(dāng)前宏局部變量對照表

2）宏程序的調(diào)用格式為：M98 P（宏程序名）＜變量賦值＞或G65 P（宏程序名）＜變量賦值＞。

宏程序的調(diào)用方式類似于調(diào)用子程序，即同樣采用M98調(diào)用，采用M99結(jié)束。但在調(diào)用宏程序時，應(yīng)給出所需要的參數(shù)值。

3 宏程序/子程序調(diào)用的編程

下面以非圓曲線橢圓類零件的宏程序為例，如圖1所示（編程原點在右側(cè)面中心處），分析宏程序作為子程序調(diào)用的加工情況。主程序%7002使用了M98指令調(diào)用橢圓用戶宏程序%0003。

圖1 橢圓過渡類零件

根據(jù)圖中給出的信息，手工編程時，非圓曲線一般都是單獨編制成子程序，由主程序?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)用。如圖1所示，要求加工工件右端輪廓，其加工程序和說明如下（毛坯直徑尺寸40mm）：

%7002 （主程序）

G90 G36 G94 (絕對坐標(biāo)直徑編程)

T0101（選1#粗車刀，調(diào)1#刀補(bǔ)）

M03 S800 F150（以800 r/min啟動主軸正轉(zhuǎn)）

G00 X48 Z2（快速定位到起刀點）

#5=27 （切削起始位置）

WHILE #5 GE 1 (如果#5大于等于1)

M98 P0003（調(diào)用橢圓用戶宏程序）

#5=#5-2（步長取2）

ENDW（返回循環(huán)體）

G00 X50 Z100（快速返回到換刀點）

M05（主軸停轉(zhuǎn)）

M30（程序結(jié)束并復(fù)位）

%0003（橢圓用戶宏程序）

#101=0（以橢圓中心為基準(zhǔn)的動點X坐標(biāo)）

#102=0（以橢圓中心為基準(zhǔn)的動點Z坐標(biāo)）

#1=0（橢圓參數(shù)方程起始角）

#2=131（橢圓參數(shù)方程終止角)

WHILE #1 LE #2（條件#1大于#2）

#101=2*15*SIN[#1*PI/180] （工件坐標(biāo)系下的橢圓動點X坐標(biāo)）

#102=-30+30*COS[#1*PI/180] （工件坐標(biāo)系下的橢圓動點Z坐標(biāo)）

G64 G01 X[#101+#5] Z[#102] F100（線速度恒定進(jìn)給速度100）

#1=#1+0.2（步長取0.2度）

ENDW（返回循環(huán)體）

G01 W-10.39 F100（直線進(jìn)給加工f22.7外圓）

G01 U13.3 W-5 F100（加工錐面）

U2（慢速切出）

G00 U2（快速退出）

Z2（快速返回）

M99（返回主程序）

%

加工程序中，%0003橢圓子程序為零件輪廓尺寸，%7002主程序在調(diào)用%0003進(jìn)行零件輪廓加工時，長軸不變、短軸長依次變化的橢圓簇，刀具所走的軌跡如圖2所示。圖2為加工仿真環(huán)境下的校驗圖，其中走刀次數(shù)為25次，程序運行共55340行，進(jìn)給走刀時間過長，刀具在工件毛坯之外空走刀情況比較嚴(yán)重，而且是以切削進(jìn)給速度空走刀，造成加工時間耗費大，數(shù)控機(jī)床的利用率極低。

4 宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程

根據(jù)粗車復(fù)合循環(huán)指令的特點，把宏程序與粗加工復(fù)合循環(huán)指令結(jié)合起來，直接用橢圓的輪廓程序作為粗加工復(fù)合循環(huán)指令中的精加工輪廓循環(huán)體。以下是采用粗加工復(fù)合循環(huán)指令G71與宏程序結(jié)合，對以上的舉例進(jìn)行編程加工分析，加工程序和說明如下：

圖2 宏程序/子程序調(diào)用時的走刀軌跡

加工仿真環(huán)境下的校驗圖如圖3所示，其中走刀次數(shù)為不多，程序運行共5759行，運行時間短。從走刀軌跡圖可知，刀具按G71指令的軌跡運行加工過程中沒有輪廓空切削過程，加工時間明顯縮短。

圖3 宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合G71的走刀

5 兩種編程方法的對比分析

從兩種方法對非圓曲線橢圓加工的走刀軌跡對比中可以發(fā)現(xiàn)：

1）使用“宏程序/子程序調(diào)用的編程方法”編程時，刀具以進(jìn)給速度走刀所掃過的面積比較大；而使用“宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程方法”編程時，刀具以進(jìn)給速度走刀所掃過的面積比較小。

2）使用“宏程序/子程序調(diào)用的編程方法”編程時，刀具以進(jìn)給速度走刀空走刀的時間較長；而使用“宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程方法”編程時，刀具以進(jìn)給速度走刀空走刀的時間較短。

此外，使用“宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程方法”編程和加工橢圓時，宏程序語句少，程序運行的總行數(shù)少（從55340行減少至5759行），進(jìn)給走刀路線短，加工時間短，刀具幾乎沒有以進(jìn)給速度空走刀的現(xiàn)象，編寫程序不存在嵌套循環(huán)宏程序，易于程序檢查和修改。因些，使用“宏程序與粗車復(fù)合循環(huán)結(jié)合”的編程方法要比使用“宏程序/子程序調(diào)用”的編程方法更加好用、實用，在生產(chǎn)實踐中有較大的使用價值，得到廣泛的應(yīng)用。

6 結(jié)束語

在編制各種非圓曲線輪廓零件的加工程序時，對于形狀一樣尺寸不同的系列零件，使用宏程序并合理地結(jié)合粗車復(fù)合循環(huán)指令G71、G72和G73，以最短的程序段表出加工程序，具有極好的易讀性和易修改性，編寫出的程序簡潔直觀，邏輯嚴(yán)密、修改方便，通用性強(qiáng)，同時又可減少甚至免除手工編程的煩瑣數(shù)值計算并精簡程序量，提高編程與加工的效率，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工編程中。

[1] 華中數(shù)控公司, 華中世紀(jì)星車床數(shù)控系統(tǒng)HNC-21/22T編程說明書, 2006.

[2] 馮志剛. 數(shù)控宏程序編程方法技巧與實例[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

[3] 顧京. 數(shù)控機(jī)床加工程序編制[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.

Macro program combined with rough cutting cycle turning non-circular curve pro fi le linqiang

LIN Qiang

TP399

B

1009-0134(2011)5(下)-0048-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).15

2011-01-27

林強(qiáng)（1970－），男，講師，學(xué)士，研究方向為主要從事機(jī)械設(shè)計、CAD/CAM教學(xué)與研究工作。