數(shù)控車宏程序的研究

（揚(yáng)州電大邗江分校，江蘇 揚(yáng)州 225009）

隨著數(shù)控加工的發(fā)展，工件的外形也越來越復(fù)雜。當(dāng)工件輪廓是二元二次曲線時(shí)，如：橢圓、雙曲線、拋物線等，數(shù)控車床中的直線插補(bǔ)和圓弧指令都無法實(shí)現(xiàn)這些二元二次曲線的加工。如果運(yùn)用G73粗車封閉切削循環(huán)指令內(nèi)的嵌套宏程序的方法，手工編寫出二元二次曲線輪廓程序，就能順利實(shí)現(xiàn)二次曲線輪廓的粗精加工。手工編寫宏程序相比自動(dòng)編程，具有方便修改和檢查程序的特點(diǎn)。在實(shí)踐教學(xué)中，由于二次曲線的宏程序編程具有嚴(yán)密的邏輯性特點(diǎn)，有利于加強(qiáng)工科學(xué)生邏輯思維能力和開拓創(chuàng)新能力等多方面能力的培養(yǎng)。

1 宏程序

宏程序是一組以子程序的形式存儲(chǔ)并帶有變量的程序。宏程序與普通程序相比較，普通程序的程序字為常量，一個(gè)程序只能描述一個(gè)集合形狀，所以缺乏靈活性和適用性。宏程序使用變量進(jìn)行編程，可以用宏指令對(duì)這些變量進(jìn)行賦值、運(yùn)算等處理。通過宏程序能讓機(jī)床執(zhí)行一些有規(guī)律的變化動(dòng)作（如非圓二次曲線輪廓）。

FANUC系統(tǒng)的變量由符號(hào)＃和變量序號(hào)組成。變量分為局部變量、公共變量和系統(tǒng)變量三種。局部變量（＃1～＃33）是在宏程序中局部使用的變量。公共變量（＃100～＃149、＃500～＃549）貫穿于整個(gè)過程。而系統(tǒng)變量是指有固定用途的變量，它的值決定系統(tǒng)的狀態(tài)。宏程序編制中通常使用局部變量和公共變量。

2 封閉輪廓循環(huán)指令G73

用封閉輪廓循環(huán)指令切削工件時(shí)，刀具軌跡為一封閉回路，刀具逐漸進(jìn)給，使封閉切削回路逐漸向零件最終形狀靠近，最后切削加工完成。該指令的最大特點(diǎn)是不受工件尺寸的限制，無需考慮工件尺寸是遞增還是遞減。刀具的每一個(gè)走刀路徑軌跡都是工件輪廓的平行輪廓。G73指令能夠?qū)γ鬟M(jìn)行粗加工至預(yù)留余量。然后用G70精車循環(huán)指令切除精加工余量。

封閉輪廓循環(huán)指令的格式是G73 U(ΔI)W(ΔK)R(ΔR)G73 P(ns)Q(nf)U(ΔX)W(ΔZ)F_。其中 ΔI表示X軸方向粗加工總余量及方向，為半徑值；ΔK表示Z軸方Z向粗加工總余量及方向；ΔR表示切割次數(shù)；ns表示精加工形狀第一個(gè)程序段的順序號(hào)；nf表示精加工形狀最后一個(gè)程序段的順序號(hào)。ΔX表示X方向的精加工余量，ΔZ表示Z方向的精加工余量。

3 橢圓宏程序編寫方法

一般編寫二次曲線的宏程序分為四個(gè)步驟：根據(jù)橢圓方程寫橢圓的長半軸、短半軸、橢圓起點(diǎn)的Z坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)；把橢圓起點(diǎn)的坐標(biāo)換算到工件坐標(biāo)系中（一般橢圓都偏在工件坐標(biāo)原點(diǎn)左側(cè)）；用直線插補(bǔ)指令G1擬合橢圓曲線；以橢圓起點(diǎn)Z坐標(biāo)為自變量，判斷到橢圓終點(diǎn)坐標(biāo)，確定循環(huán)是否結(jié)束。

3.1 建立橢圓坐標(biāo)系，根據(jù)橢圓方程特性寫程序

3.2 建立工件坐標(biāo)系，把橢圓方程起點(diǎn)坐標(biāo)換算到工件坐標(biāo)系中

#5=D1±2*#4（D1為橢圓圓心與工件中心X向距離的2倍，+為凸橢圓，-為凹橢圓）

#6=#3—D2(D2是橢圓圓心與工件坐標(biāo)原點(diǎn)Z方向的距離)

3.3 直線插補(bǔ)

G1X[#5]Z[#6](雖然橢圓是曲線，卻是用等長步距（微觀的直線）擬合而成的，所以用直線插補(bǔ)指令G1而不是用G2或G3)。

3.4 循環(huán)語句

#3=#3-0.1（以Z坐標(biāo)作為自變量，每次在Z的負(fù)方向增加1mm）

N nf IF[#3GE ZZ]GOTO ns（如果#3的坐標(biāo)值大于等于終點(diǎn)的Z坐標(biāo)值ZZ時(shí)，就返回到N ns行，繼續(xù)在N ns行與N nf行之間循環(huán)，否則就會(huì)執(zhí)行Nnf行后面的程序）。

4 二元二次曲線的加工實(shí)例

4.1 凸橢圓的加工

加工的零件如圖1所示。

圖1凸橢圓零件圖

（1）工藝分析

選取毛坯為Φ52×100棒料，選用55°外圓車刀；根據(jù)工件形狀，用封閉輪廓循環(huán)指令進(jìn)行加工，最大切除半徑為18mm，進(jìn)給量0.15mm/r，預(yù)留x方向精車余量0.5mm。

（2）程序編制

（3）仿真加工

把上述程序輸入斯沃方正軟件，仿真加工如圖2、3所示。

圖2走刀路徑仿真

圖3 精加工仿真

4.2 凹橢圓的加工

（1）零件圖

加工的零件如圖4所示。

圖4 零件圖

（2）工藝分析

選取毛坯為Φ50×150棒料，選用35°外圓車刀；根據(jù)工件形狀，用封閉輪廓循環(huán)指令加工，最大切除半徑為6mm，進(jìn)給量0.15mm/r，預(yù)留x方向精車余量0.5mm。

（4）仿真加工

把上述程序輸入斯沃方正軟件，仿真加工如圖5、圖6所示。

圖5走刀路徑仿真

圖6精加工仿真

4.3 拋物線的宏程序編制

（1）加工零件圖

加工的零件如圖7所示。

圖7拋物線零件圖

（2）工藝分析

選取毛坯為Φ34×100棒料，選用90°外圓車刀；根據(jù)工件形狀，用封閉輪廓循環(huán)指令加工，最大切除半徑為17mm，進(jìn)給量0.2mm/r，預(yù)留x方向精車余量0.5mm。

（3）程序編制

（4）仿真加工

把上述程序輸入斯沃方正軟件，仿真加工如圖8、圖9所示。

圖8 走刀路徑仿真

圖9精加工仿真

5 結(jié)束語

二元二次曲線的宏程序編程加工的方法很多，特別是循環(huán)語句，不同的語句有不同的格式要求。另外，在一些特殊的零件圖，還會(huì)要求運(yùn)用二元二次曲線的極坐標(biāo)方程進(jìn)行編程。當(dāng)然，對(duì)于復(fù)雜的零件編程，還可以運(yùn)用一些自動(dòng)編程軟件來完成。文中的橢圓和拋物線的加工程序是比較容易掌握的一種方法，特別適合一些單件或小批量零件的生產(chǎn)使用，利用手工編程顯得非常靈活、方便，同時(shí)也有助于數(shù)控初學(xué)者對(duì)宏程序的理解和掌握。

[1]呂孝敏.基于宏程序的二次曲線數(shù)控加工[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[2]吳志光.基于FANUCOi系統(tǒng)宏程序在二次曲面銑削加工中的應(yīng)用研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.