基于FANUC數控系統的內輪廓曲線宏程序車削加工

陳龍波 葉達佳

摘? 要：本文結合具體的FANUC數控系統和拋物線輪廓車削加工，對拋物線內輪廓的宏程序加工編程要點和技巧進行論述，實踐證明該方法對雙曲線、橢圓等非圓曲線輪廓宏程序加工具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：FANUC數控系統;宏程序;車削加工

中圖分類號：TG51;TP391.7? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）10-0000-00

0 概述

在實際教學生產中，經常會遇到各種如橢圓、雙曲線與拋物線等非圓曲線輪廓的零件，而常見的FANUC數控系統并未配置相應的插補指令，同時分段擬合的方法存在誤差，難以達到較高的精度要求，而運用宏程序可以實現此類非圓曲線輪廓的加工精度。

非圓曲線輪廓加工教學生產經常涉及的加工要素，也是各級數控大賽經?？己说囊刂?，宏程序在數控車床的非圓曲線輪廓加工編程中有著廣泛應用，本文以拋物線輪廓為例，分析了內孔加工的數學模型，介紹相對應的宏程序編程方法，研究表明該方法能夠提高手工編程效率，拓寬數控車床對非圓曲線的加工范圍。

1 拋物線宏程序加工

1.1 拋物線方程

拋物線的擬合通常采用直線逼近或圓弧逼近的方法，即采用小段直線或圓弧來逼近拋物線，只要插補計算的步距足夠小，就可以加工出符合要求的拋物線輪廓[1]。

如圖1所示拋物線，在XOY平面坐標系中，其標準方程為y2=2px? （p>0），對應到數控車床的XOZ坐標系中，坐標變換后為x2=2pz? （p>0），根據圖2圖形尺寸和Z軸偏移-50計算，對應的拋物線方程為x2=2×20（z+50），可以推導出

1.2 宏程序

宏程序是指在編程中用參數變量代替具體的數值，使用變量、算術、邏輯運算與條件轉移指令可以方便地實現循環程序設計;通過循環指令實現變量之間的數值計算，使用不同的函數表達關系式可以實現拋物線、橢圓、雙曲線等非圓曲線的編程[2]。

現代數控系統為用戶配備了強有力的類似于高級語言的宏程序功能，用戶可以使用變量進行算術運算、邏輯運算和函數的混合運算，此外宏程序還提供了循環語句、分支語句和子程序調用語句，利于編制各種復雜的零件加工程序，減少乃至免除手工編程時進行的繁瑣的數值計算，能夠精簡程序量。

1.3 拋物線曲線實例

以圖2所示燈罩模具拋物線內曲面加工為例[3]，具體分析內曲面加工的工藝步驟：

（1）考慮內表面加工進刀的困難，可先在毛坯上鉆出Φ20的通孔;

（2）選擇合適的內孔刀，沿著圖3路徑，用粗加工循環指令去除多余材料;

（3）選擇合適的精加工，沿著圖4路徑，用精加工循環指令加工到最終尺寸;

1.4 加工程序

規劃使用以下變量：

#100? Z坐標值

#101? X函數

#102? X坐標值

#103? 中間變量

O0001;

N100? ?G98 G40 G21;

N110? ?T0101;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?內孔刀1，粗加工

N120? ?M03 S600 F100 M08;

N130? ?G00? X0? ? ? Z2.0;? ? ? ? ? ? ?粗加工起點

N140? ?#100=0;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 定義#100初始值

N150? ?#103=#100+50.0;

N160? ?#101=SQRT[#103*40.0];

N170? ?#102=#101*2-0.5;? ? ? ? ? ? ? ?直徑編程，0.5余量

N180? ?G01? X18? ? ? Z#100;? ? ? ? ? ?考慮內孔大小與刀具直徑，從X18開始

N190? ? ? ? X#102;

N200? ? ? ? ? ? ? ? W0.5;? ? ? ? ? ? ?Z向退刀0.5 mm

N210? ? ? ? X18;

N220? ?#100=#100-1;? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Z向遞增-1mm

N230? ?IF [#100 GT -50.0] GOTO 150;? ? ? ?Z坐標大于-50.0則返回N150處

N240? ?G00? ? ? ? ?Z100.0;? ? ? ? ? ? Z向退刀

N250? ?T0202;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?內孔刀2，精加工

N260? ?S1200 F60;

N270? ?G01? X18;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 考慮內孔大小與刀具直徑，從X18開始

N280? ? ? ? ? ? ? ?Z-47.5;? ? ? ? ? ? ?分兩步到精加工起點

N290? ?#100=-47.5;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?重新定義#100初始值

N300? ?#103=#100+50;

N310? ?#101=SQRT[#103*40];

N320? ?#102=#101*2;? ? ? ? ? ? ? ? ? 直徑編程，不留余量

N330? ?G01? X#102? Z#100;

N340? ?#100=#100+0.1;? ? ? ? ?; ? ? ? ?Z向遞增+0.1mm

N350? ?IF [#100? LE? 0] GOTO? 300;

N360? ?G00? Z100.0;? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Z向退刀

N370? ?M09;

N380? ?M30;

1.5 注意事項

（1）進行此類內表面加工工件時，考慮到Φ20的通孔對進刀、排屑和冷卻的影響，選擇沿X軸方向進行粗加工的進刀;

（2）內孔刀具選擇時應考慮孔徑大小和刀具尺寸的匹配，以免產生干涉;基于毛坯上Φ20的通孔，可選擇刀頭尺寸18的內孔刀;

（3）為避免刀頭后部觸及孔壁，內孔粗加工時進刀不可從X0處開始，退刀時也不應退回X0處;基于孔徑與內孔刀尺寸的匹配，選擇從進刀X18處開始，退刀也相應退回X18處;

（4）N170處，粗加工余量放在由半徑編程轉換為直徑編程時引入，可根據實際情況自行調整;

（5）同理，如對精加工后尺寸公差有要求，可在N320處修改。

2 結語

（1）宏程序數控編程較之于軟件自動編程具有編程簡單和程序短小精悍等特點，能夠進行人工檢查，有效地解決一些含有拋物線、橢圓、雙曲線等非圓曲線輪廓的回轉體零件加工。

（2）宏程序指令適合拋物線、橢圓、雙曲線等沒有插補指令的曲線輪廓編程;適合工藝路徑相同，圖形要素一致，只是尺寸不同的系列零件的編程，能夠大大減少零件的編程工作量，使程序設計更方便，靈活。

參考文獻

[1] 杜軍.數控宏程序編程手冊[M].北京：化學工業出版社，2017：163-165.

[2] 沈春根.FANUC數控宏程序編程案例手冊[M].北京：機械工業出版社，2017：143-144.

[3] 沈建峰.數控車床編程與操作實訓[M].北京：國防工業出版社，2005：122-123.

收稿日期：2020-09-04

作者簡介：陳龍波（1972—），男，福建惠安人，本科，講師，研究方向：數控技術與CAM。