基于數(shù)控車宏指令橢圓編程的不同編程方法的研究

摘? 要：在GSK-TD數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行橢圓等曲線軌跡編程加工時(shí)，按機(jī)床說(shuō)明書及編程說(shuō)明進(jìn)行宏指令編程，常規(guī)方法程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出錯(cuò)，走空刀多，加工時(shí)間長(zhǎng)。為尋找一個(gè)更簡(jiǎn)潔可靠的編程方法，文章專門對(duì)宏指令變量編程的方法進(jìn)行了研究，摸索出一種宏指令調(diào)入子程序的編程方法，有效解決編程復(fù)雜的問題，提高程序可靠性，提升生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：宏程序;編程方法;橢圓性質(zhì);子程序

中圖分類號(hào)：TG519.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）02-0118-04

Abstract：In GSK-TD NC system，when programming the ellipse contour trajectory，the macroinstruction programming is carried out according to the machine tool instructions and programming instructions. The conventional method has complex program structure，easy to make mistakes，many empty tools and long processing time. In order to find a more simple and reliable programming method，the macroinstruction variable programming method is specially studied，and a programming method of macroinstruction calling into subroutine is explored，which can effectively solve the complex programming，improve the reliability of the program，and enhance the production efficiency.

Keywords：macro program;programming method;elliptic property;subroutine

0? 引? 言

手工編程是數(shù)控編程在教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)的重要一環(huán)，常規(guī)的G代碼指令往往不能滿足日常復(fù)雜多變的加工要求，一些復(fù)雜的曲面加工往往用宏變量編程實(shí)現(xiàn)。目前教科書上主要介紹數(shù)控G代碼編程，忽略了宏指令變量編程的重要性。由于宏變量編程所寫的語(yǔ)句復(fù)雜多樣，對(duì)于中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生而言，宏指令變量編程是學(xué)生編程的短板。從學(xué)生將來(lái)就業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，宏指令變量編程又顯得十分重要。如何掌握一個(gè)簡(jiǎn)潔而又實(shí)用的編程方法是我們手工編程者努力開發(fā)的結(jié)果，因此宏指令變量編程方法的研究勢(shì)在必行。

1? 發(fā)現(xiàn)問題

由于各種專用數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越普遍，控制程序加工軌跡靠數(shù)控系統(tǒng)提供的指令代碼來(lái)完成。編程指令代碼的功能格式固定，只需按規(guī)定格式編程即可。但是這些指令不能完全滿足非圓曲線加工要求，如橢圓、雙曲線等。因此在編程中常用到宏指令實(shí)現(xiàn)變量賦值、算術(shù)運(yùn)算、邏輯判斷及條件轉(zhuǎn)移。宏指令有利于編制特殊零件（非圓曲線）的加工程序，減少手工編程時(shí)進(jìn)行繁瑣的數(shù)值計(jì)算，減少加工錯(cuò)誤的發(fā)生，精簡(jiǎn)用戶編寫的程序。所以，合理發(fā)掘宏指令實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展數(shù)控系統(tǒng)的潛在功能，有效對(duì)特殊要求的零件進(jìn)行加工。但在橢圓曲線的編程中，應(yīng)用宏程序代替G73指令去編程卻遇到兩個(gè)問題：（1）程序復(fù)雜易出錯(cuò);（2）加工走空刀多，浪費(fèi)時(shí)間，效率低。

為更好發(fā)掘宏指令橢圓編程的功能，本人在研究橢圓曲線的過程中，有意識(shí)地探究一些有關(guān)橢圓曲線的幾何性質(zhì)，加以歸納并進(jìn)行可行的研究。一方面，橢圓編程作為技能競(jìng)賽題也會(huì)往這個(gè)方向上嘗試;另一方面，作為新課程的一個(gè)理念，讓學(xué)生進(jìn)行一些學(xué)有余力的研究，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控加工的興趣，提高學(xué)生自己研究問題的能力。經(jīng)過努力，總結(jié)出一種子程序編程模式的加工方法，下面作詳細(xì)分析供大家探討。

2? 基于橢圓推導(dǎo)公式實(shí)例分析

2.1? 橢圓性質(zhì)推導(dǎo)公式

橢圓常常給人們帶來(lái)直觀的美學(xué)形象，在研究橢時(shí)也會(huì)很自然地想得到有關(guān)這個(gè)橢圓的美妙的性質(zhì)，作為曲線編程加工的一個(gè)典型代表，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生圖形美的認(rèn)識(shí)起著相當(dāng)重要的作用。

橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程分兩種情況，一是當(dāng)焦點(diǎn)在X軸時(shí)，橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是：x2/a2+y2/b2=1，（a>b>0）;二是當(dāng)焦點(diǎn)在Y軸時(shí)，橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是：y2/a2+x2/b2=1，（a>b>0）;其中a2-c2=b2。

在一個(gè)平面內(nèi)一個(gè)動(dòng)點(diǎn)到兩個(gè)定點(diǎn)的距離的和等于定長(zhǎng)，這個(gè)動(dòng)點(diǎn)的軌跡叫作橢圓。如果將它在直角坐標(biāo)系中進(jìn)行表示，上述定義中兩個(gè)定點(diǎn)被定義在了X軸。若將兩個(gè)定點(diǎn)改在Y軸，可以用相同方法求出另一個(gè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程。

在方程中，所設(shè)的較長(zhǎng)軸稱為長(zhǎng)軸，較短軸稱為短軸，而所設(shè)的定點(diǎn)稱為焦點(diǎn)，也叫焦距。如圖1所示，在橢圓的坐標(biāo)系中，以長(zhǎng)半軸為半徑畫一個(gè)大圓，以短半軸為半徑畫一個(gè)小圓;如果在大圓上假設(shè)一點(diǎn)P，連接OP，OP與小圓的交點(diǎn)設(shè)為A，過P、A點(diǎn)分別作X軸的垂線，交點(diǎn)為N與B，假設(shè)PO與NO相交的夾角為t?？梢岳枚畏匠痰男再|(zhì)進(jìn)行計(jì)算，分析其特性會(huì)發(fā)現(xiàn)：cos（t）=ON/OP=x/a（即x=acos（t）），sin（t）=PN/OP=AB/OA=y/b（即y=bsin（t））。

2.2? 橢圓軌跡編程實(shí)例分析

如圖2所示，編寫180°的橢圓輪廓精加工走刀軌跡加工程序。

根據(jù)橢圓曲線方程的性質(zhì)，理論上將180°的橢圓圓心角平均分成1 800等份，每份0.1°。將等分后的1 800份的各個(gè)圓心角所對(duì)應(yīng)的曲線起點(diǎn)及終點(diǎn)用直線連起來(lái)，形成一個(gè)橢圓軌跡，而這軌跡就是實(shí)際的加工軌跡。編程方法為：

O1230（程序名）

G0 X100 Z100;

T0101 S800 M3;

G0 X0 Z22;

G1 Z0 F100;

G65 H01 P#200 Q0;

N1 G65 H02 P#200 Q#200 R100;

G65 H31 P#201 Q10000R#200;

G65 H04 P#202 Q#201 R2000;

G65 H32 P#203 Q20000 R#200;

G1 X#202 Z#203;

G65 H84 P1 Q180000;

G0 X100 Z100 M5;

T0100;

G0 U0 W0;

M30;

3? 宏指令G73方式編程加工方法

為進(jìn)一步地用子程序方式與用G73方式去編程作對(duì)比，通過實(shí)例編程來(lái)體現(xiàn)。如圖3所示，所需材料45號(hào)鋼，毛坯尺寸Φ35×100 mm;選用刀具T01為30°外圓右偏尖刀，T02為切斷刀且刀寬為3 mm，以左刀尖點(diǎn)為對(duì)刀點(diǎn);粗車橢圓、Φ14外圓及Φ34外圓，轉(zhuǎn)速為700 r/min，進(jìn)給量為0.25 mm/r;精車橢圓、Φ14外圓及Φ34外圓，轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，進(jìn)給量為0.25 mm/r;切槽、倒角轉(zhuǎn)速為500 r/min，進(jìn)給量為0.05 mm/r;切斷轉(zhuǎn)速為600 r/min，進(jìn)給量為0.05 mm/r。

用G73固定循環(huán)指令走刀方式編寫橢圓程序，編寫方法為：

O0001（程序名）

G0 X150 Z150;

G97 G99 T0101 M8;

G65 H01 P#201 Q700;

G65 H01 P#202 Q250;

G65 H01 P#203 Q2000;

M3 S#201;

G42 G0 X36.3 Z30;

G65 H01 P#208 Q0;

N1 G65 H02 P#209 Q#208 R#203;

G50 X#209 Z30 S#201;

G65 H01 P#208 Q#209;

G0 X0;

G1 Z25 F#202;

G65 H01 P#210 Q0;

N2 G65 H02 P#211 Q#210 R1828;

G65 H31 P#212 Q34000 R#211;

G65 H32 P#213 Q25000 R#211;

G1 X#212 Z#213;

G65 H01 P#210 Q#211;

G65 H84 P2 Q#211 R155000;

G1 Z-32;

G1 X34 Z-40;

G1 Z-44;

G1 X30 Z-46;

G0 U10;

G0 Z30;

G0X#209;

G65H81P3Q#209R36000;

G65H84P1Q#209R36300;

N3G96;

G65H01P#201Q150;

G65H01P#202Q100;

G65H01P#203Q300;

G65H84P1Q#209R36300;

M0;

G40G0X150Z150;

M0;

T0202 M8 G96 G50 S2500;

G99 G0 X37 Z-45 S20 M3;

W-3;

G1 X15 F0.05;

X36;

W2;

X32 W-2;

G0 X37;

G75R0.5;

G75X3W0P1000Q0 F0.05;

G0X150;

Z150;

M30;

在程序上可以看出加工軌跡的連續(xù)性，先以零件輪廓為軌跡編寫粗加工循環(huán)，最后再以零件輪廓為軌跡編寫精加工循環(huán)，這就造成了程序的重復(fù)性和復(fù)雜性，編程容易出錯(cuò)。

4? 宏指令子程序調(diào)入方式編程加工方法

宏指令G73方式編程加工復(fù)雜容易出錯(cuò)，而且加工軌跡走空刀比較多，浪費(fèi)大量時(shí)間，不利于批量生產(chǎn)。為了編程簡(jiǎn)單化和提高加工效率，本人通過實(shí)踐，總結(jié)出宏指令調(diào)入子程序編寫橢圓循環(huán)加工更便捷實(shí)用，其編程方法為：

4.1? 宏指令的主程序

宏指令橢圓編程主程序：

O0002;

G99 G0 X150 Z150;

T0101 S800 M3;

G0 X37 Z27 M8;

G90 X35 Z-49 F0.25;

G0 X34;

G65 H1 P#200 Q500;

G65 H1 P#201 Q34000;

N1 G65 H3 P#201 Q#201 R1000;

M98 P3 F0.25;

G65 H83 P1 Q#201 R0;

G0 X150 Z150 M5;

M9;

M0;

T0101 S1000 M3;

G0 X35 Z27 M8;

G65 H1 P#200 Q0;

G65 H1 P#201 Q0;

M98 P3 F0.1;

G0 X150 Z150 M5;

M0;

T0202 S600 M3;

G0 X37 Z-48.2;

G94 X16 Z-48.2 F0.1;

G0 X36 Z-46;

G1 X32 Z-48;

X0;

G0 X100 Z100 M5;

T0100;

G0 U0 W0;

M30;

在主程序里沒有編寫零件輪廓精加工軌跡，但設(shè)置了粗加工的循環(huán)條件，只要加工時(shí)滿足了設(shè)定條件，系統(tǒng)就自動(dòng)調(diào)入了O0003程序執(zhí)行加工。因此，宏指令調(diào)入子程序方式編寫的加工程序較為簡(jiǎn)單易懂，安全可靠。

4.2? 宏指令調(diào)入的子程序編程

宏指令橢圓編程子程序：

O0003（子程序名）

G0 X#201;

G0 Z25;

G65 H1 P#202 Q0;

N2 G65 H2 P#202 Q#202 R1000;

G65 H31 P#203 Q17000 R#202;

G65 H32 P#204 Q25000 R#202;

G65 H4 P#205 Q#203 R2;

G65 H2 P#206 Q#200 R#201;

G65 H2 P#207 Q#206 R#205;

G65 H2 P#208 Q#206 R14000;

G65 H83 P3 Q#202 R163;

G1 X#207 Z#204;

G65 H84 P2 Q#202 R163;

N3 G1 X#208 Z-32;

U20 W-8;

Z-49;

G0 U2 Z27;

M99;

調(diào)入的子程序主要是以零件輪廓軌跡進(jìn)行編程，粗精加工的軌跡都是調(diào)用它，達(dá)到條件就執(zhí)行。解決了加工時(shí)走空刀的問題，提高加工效率，并以判斷實(shí)現(xiàn)尺寸控制，精準(zhǔn)更高。因此，使用宏指令調(diào)入子程序的加工比使宏指令G73方式的加工效果更好。

5? 結(jié)? 論

兩種不同的編程方法體現(xiàn)了宏程序的宏變量編程靈活多樣化，有效實(shí)現(xiàn)用戶宏變量的價(jià)值。從使用宏指令G73方式編程加工方法和使用宏指令調(diào)入子程序方式編程加工方法的對(duì)比，宏指令G73方式加工由一個(gè)一體化的程序完成粗精加工，其程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，容易出現(xiàn)編程錯(cuò)誤，而且由外向內(nèi)平行于零件輪廓重復(fù)進(jìn)行粗加工，走空刀占時(shí)間較多;而使用宏指令調(diào)入子程序方式加工是在主程序的基礎(chǔ)上，調(diào)入另一個(gè)描述零件輪廓軌跡的子程序進(jìn)行粗精加工。每一次的調(diào)用都對(duì)零件毛坯進(jìn)行有效的切削，所以加工時(shí)間較短，有利于批量生產(chǎn)，而程序結(jié)構(gòu)上分成兩個(gè)或多個(gè)完整程序，用戶較容易管理，不易出錯(cuò)。

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作者簡(jiǎn)介：聶志杏（1983—），男，漢族，廣東云浮人，教師，機(jī)械工藝高級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，本科，研究方向：數(shù)控車削加工。