宏程序在橢圓加工中的應(yīng)用

結(jié)加甲

(三門峽市高級技工學(xué)校，河南 三門峽 472000）

車削橢圓在數(shù)控車床高級工學(xué)習(xí)中是很重要的一個(gè)課題。 在普通車床學(xué)習(xí)中我們常采用小圓弧逼近的加工方法，但在數(shù)控車床上這種方法顯然不符合精度和尺寸的要求；常見的數(shù)控系統(tǒng)又沒有相對應(yīng)的非圓曲線插補(bǔ)功能，使手工編程難度大大增加；雖然現(xiàn)在有計(jì)算機(jī)輔助編程，但是一方面購置電腦和軟件、招聘獨(dú)立軟件員會(huì)使加工成本增加，另一方面計(jì)算機(jī)輔助編程程序繁瑣冗長，不易修改，不便于同類別零件的批量加工。 宏程序可以使用變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算，減少了手工編程時(shí)的繁瑣運(yùn)算；采用循環(huán)語句、分支語句和子程序調(diào)用等語句，精簡了程序量，又能夠用修改個(gè)別字符的方法改變整個(gè)程序，利于同類別零件的批量加工。 本文以橢圓加工為例，采用B 類宏程序，利用橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程計(jì)算方法，詳細(xì)說明宏程序在橢圓加工中的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

1 宏程序介紹

宏程序就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的計(jì)算公式， 自動(dòng)識別、計(jì)算、插補(bǔ)完成公式曲線的加工。 宏程序包含算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、條件轉(zhuǎn)移等內(nèi)容，通過局部變量的改變、條件或非轉(zhuǎn)移，達(dá)到不斷修正插補(bǔ)路線、滿足公式曲線要求，完成非圓曲線、有規(guī)律變化圖形的加工。 宏程序的最大特點(diǎn)就是程序段精簡、實(shí)用，具有易讀性和易修改性。 能夠在最短時(shí)間內(nèi)編制出簡捷實(shí)用的加工程序，加工出合格的零件，是數(shù)控車工不斷的追求。

1.1 算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算與條件轉(zhuǎn)移語句

1）算術(shù)運(yùn)算主要是指加、減、乘、除、三角函數(shù)等。 在宏程序中經(jīng)常使用的算術(shù)運(yùn)算有：

?

常見格式有：#1=#2+#3；#1=SQRT[#1*#1-#2/600]。

2） 邏輯運(yùn)算通常是指兩個(gè)數(shù)值的相互比較或者對應(yīng)關(guān)系。 在數(shù)控車工宏程序中，主要是兩個(gè)數(shù)值的大小比較，常用的運(yùn)算有：

?

常見格式有：IF[#1GT0]GOTO060。

3）宏程序中的常用條件轉(zhuǎn)移語句有：

?

1.2 變量與賦值

1）變量是指在一個(gè)程序段內(nèi)數(shù)值可以變化的量。 變量主要分為三種類型：一是空變量，指賦值為空或永遠(yuǎn)為空的變量。比如#0 就是空變量， 或者其他不具體設(shè)置數(shù)據(jù)的變量也稱為空變量。 二是局部變量，編程常用的變量，用于宏程序中的數(shù)據(jù)記憶，斷電時(shí)清空，比如#1=10，在這個(gè)執(zhí)行程序中有效，程序執(zhí)行完畢后數(shù)值清空，再執(zhí)行另一個(gè)程序時(shí)，如果不賦值，即使寫了#1 也是一個(gè)空變量，不起任何作用。 三是系統(tǒng)變量，用于識別、記憶、改變CNC 系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的變化。 比如#1173 為“備用緩沖區(qū)”。

2）賦值是指將一個(gè)數(shù)值賦予給一個(gè)變量。 如：#1＝10，則表示#1 的值是10。 其中#1 代表變量，10 就是給變量#1 賦的值。這里的“＝”號是賦值符號，起定義性作用。 賦值有幾項(xiàng)規(guī)定：一是賦值號左邊只能是變量，右邊只能是常數(shù)或表達(dá)式；二是一句賦值語句只能給一個(gè)變量賦值；三是可以多次給同一個(gè)變量賦值，新的變量值取代舊的變量值；四是賦值運(yùn)算中，表達(dá)式可以為變量自身和其它數(shù)值的運(yùn)算結(jié)果， 如：#1＝#1＋10， 則表示#1 的值為#1 再加上10， 它的運(yùn)算順序與數(shù)學(xué)運(yùn)算順序相同；五是變量號所對應(yīng)的變量，對每個(gè)地址來說，都有具體數(shù)值范圍，比如#1=1000，那么M#1 顯然是不合理的；六是變量號也可以重新賦值， 比如# [#1]， 如果#1=30， 那么這個(gè)表達(dá)式就是#30。

2 橢圓的宏程序加工

2.1 橢圓的加工

圖示為一個(gè)長半軸30 短半軸20 的一個(gè)正橢圓， 在數(shù)控車工的加工中，主要有以下幾個(gè)加工內(nèi)容：1）從點(diǎn)A 車至點(diǎn)D，點(diǎn)A 坐標(biāo)值為（X0.Z0.）；2）從點(diǎn)A 車至點(diǎn)C，點(diǎn)A 坐標(biāo)值為（X 0.Z0.）；3）從點(diǎn)B 車至點(diǎn)D，點(diǎn)B 坐標(biāo)值為（X30.24Z0.）；4）從點(diǎn)B 車至點(diǎn)D，點(diǎn)B 坐標(biāo)值為（X30.24Z-15.）。

2.2 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的數(shù)控編程推導(dǎo)

數(shù)學(xué)課程中這樣表達(dá)：當(dāng)焦點(diǎn)在X 軸時(shí)橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程為：x2/a2+y2/b2=1（a＞b＞0)。 對應(yīng)數(shù)控車床的工件坐標(biāo)系，我們可以改為x2/a2+z2/b2=1（b＞a＞0)。G73 指令加工時(shí)，重點(diǎn)使用G01 進(jìn)行仿形加工，在公式計(jì)算時(shí)，已知Z 值求X 值，那么公式就換成了只要使用宏程序的格式轉(zhuǎn)換即可。

2.3 橢圓的加工程序

先從第一個(gè)加工內(nèi)容開始，從點(diǎn)A 車至點(diǎn)D，點(diǎn)A 坐標(biāo)值為（X0.Z0.），使用G73，只寫主要加工程序：

N0010 #1=20

N0020 #2=30

N0030 #3=#1*SQRT[1-#2*#2/900]

N0040 G01 X[2*#3] Z[#2-30] F0.1

N0050 #2=#2-0.5

N0060 IF [#2 GE -20] GOTO 030

N0070 M30

程序說明：N40 段X 值為2 倍的短半軸值（以橢圓角度考慮），主要是直徑編程，Z 值只所以#2-30，只是為了符合工件坐標(biāo)系， 后面的-30 可以根據(jù)情況而定 （下例說明）；N20 和N60段的Z 值是橢圓中的20 和-20，這個(gè)要和坐標(biāo)系的值區(qū)分開。

第二個(gè)加工內(nèi)容，從點(diǎn)A 車至點(diǎn)C，點(diǎn)A 坐標(biāo)值為（X0.Z 0.）， 只需要將上例中的N0060IF [#2GE-20]GOTO 030 改為N0060 IF[#2GE0] GOTO 030 即可。

第三個(gè)加工內(nèi)容， 從點(diǎn)B 車至點(diǎn)D， 點(diǎn)B 坐標(biāo)值為（X30.24Z0.） 只需要將上例N0020#2=30 中的#2=30 換為#2=20，N0040G01X[2*#3]Z[#2-30]F0.1 中的Z[#2-30]換為Z[#2-20]即可。如果B 點(diǎn)加直徑變?yōu)闄E圓弧度時(shí)，將所加半徑加上#3 再乘以2 即可。

第四個(gè)加工內(nèi)容， 從點(diǎn)B 車至點(diǎn)D， 點(diǎn)B 坐標(biāo)值為（X30.24 Z-15.），只需要將上例N0020 #2=30 中的#2=30 換為#2=20，N0040 G01 X[2*#3] Z[#2-30] F0.1 中的Z[#2-30]換為Z[#2-35]即可。

3 反思與思考

宏程序在車削橢圓時(shí)有它獨(dú)到的一面，簡捷實(shí)用、易讀易改，比小圓弧法精確，比計(jì)算機(jī)輔助編程簡捷易改，是手工編程中很有必要掌握的一種編程方法。 在實(shí)際應(yīng)用中對操作工數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯思維能力要求較高， 宏程序不僅僅能夠車削橢圓，還能夠車削拋物線、正弦曲線、雙曲線，更能車削圓弧、錐度、螺紋，關(guān)鍵是操作工如何去理解、使用的問題。 在具體的加工中，粗精加工要分開，變量的大小關(guān)乎尺寸和精度，要合理應(yīng)用。 宏程序不拘泥于某一個(gè)加工指令，只存在是否合適、合理的問題，能夠巧妙的利用宏程序，在最短時(shí)間內(nèi)編制出簡捷實(shí)用的加工程序是我們不變的目標(biāo)。