宏程序與粗車復合循環結合車削非圓曲線輪廓

林 強

（廣東省理工職業技術學校，廣州 510500）

宏程序與粗車復合循環結合車削非圓曲線輪廓

林 強

（廣東省理工職業技術學校，廣州 510500）

對非圓曲線輪廓零件的編程，采用粗車復合循環結合精加工宏程序進行，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，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；粗車復合循環

0 引言

數控車床可以加工各種類型的回轉面，對于圓柱面、錐面、圓弧面、球面等的加工，可利用直線插補和圓弧插補指令完成，而對于一些非圓曲線（如拋物線、橢圓）構成的回轉體，編程和加工起來具有一定的難度。因為大多數的數控系統只提供直線插補和圓弧插補兩種插補功能，因此，在數控機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。

使用宏程序對非圓曲線輪廓零件進行編程，在實際運用中，常作為子程序來調用，刀具工進時耗費在空走刀的時間遠超過加工切削時間，致使生產效率降低。如果將宏程序與粗車復合循環效結合起來，可以使得刀具工進時空走時間長的問題得到較好的解決。本文以華中世紀星數控系統為例，對采用粗車復合循環結合精加工宏程序進行編程的方法進行具體分析和介紹。

1 非圓曲線節點的循環計算

對非圓曲線輪廓的零件進行編寫時，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， 稱為節點。以下以橢圓為例，說明非圓曲線節點的循環計算過程。

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°，節點的坐標計算公式為：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，每計算出一個節點的坐標就直線插補到該點，然后β增加一個步距(增量)，利用宏程序中循環語句，進行變量迭代，表達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量有較大關系，步距（增量）越少，加工精度越高，表面粗糙度值越小，但走刀次數就會相應增加，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/子程序調用

對尺寸不同，但形狀相同或相近的零件進行編程時，使用變量、算術和邏輯運算及條件轉移指令編制宏程序，程序中體現零件的走刀軌跡，操作者只需使用用戶宏命令對其進行調用即可，而不必記憶用戶宏主體。使用宏程序作為子程序調用時要注意以下的要點。

1）宏程序/子程序調用的參數傳遞規則

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

調用一般子程序時，不保存系統模態值，即子程序可修改系統模態，并保持有效；而調用固定循環時，保存系統模態值，即固定循環子程序不修改系統模態參數。

表1列出了宏當前局部變量#0～#25所對應的宏調用者傳遞的字段參數名。

表1 宏調用時所傳遞的字段參數名與當前宏局部變量對照表

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

宏程序的調用方式類似于調用子程序，即同樣采用M98調用，采用M99結束。但在調用宏程序時，應給出所需要的參數值。

3 宏程序/子程序調用的編程

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

圖1 橢圓過渡類零件

根據圖中給出的信息，手工編程時，非圓曲線一般都是單獨編制成子程序，由主程序對其進行調用。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 (絕對坐標直徑編程)

T0101（選1#粗車刀，調1#刀補）

M03 S800 F150（以800 r/min啟動主軸正轉）

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（調用橢圓用戶宏程序）

#5=#5-2（步長取2）

ENDW（返回循環體）

G00 X50 Z100（快速返回到換刀點）

M05（主軸停轉）

M30（程序結束并復位）

%0003（橢圓用戶宏程序）

#101=0（以橢圓中心為基準的動點X坐標）

#102=0（以橢圓中心為基準的動點Z坐標）

#1=0（橢圓參數方程起始角）

#2=131（橢圓參數方程終止角)

WHILE #1 LE #2（條件#1大于#2）

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

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

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

#1=#1+0.2（步長取0.2度）

ENDW（返回循環體）

G01 W-10.39 F100（直線進給加工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主程序在調用%0003進行零件輪廓加工時，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為加工仿真環境下的校驗圖，其中走刀次數為25次，程序運行共55340行，進給走刀時間過長，刀具在工件毛坯之外空走刀情況比較嚴重，而且是以切削進給速度空走刀，造成加工時間耗費大，數控機床的利用率極低。

4 宏程序與粗車復合循環結合的編程

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

圖2 宏程序/子程序調用時的走刀軌跡

加工仿真環境下的校驗圖如圖3所示，其中走刀次數為不多，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 宏程序與粗車復合循環結合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現：

1）使用“宏程序/子程序調用的編程方法”編程時，刀具以進給速度走刀所掃過的面積比較大；而使用“宏程序與粗車復合循環結合的編程方法”編程時，刀具以進給速度走刀所掃過的面積比較小。

2）使用“宏程序/子程序調用的編程方法”編程時，刀具以進給速度走刀空走刀的時間較長；而使用“宏程序與粗車復合循環結合的編程方法”編程時，刀具以進給速度走刀空走刀的時間較短。

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

6 結束語

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合粗車復合循環指令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，邏輯嚴密、修改方便，通用性強，同時又可減少甚至免除手工編程的煩瑣數值計算并精簡程序量，提高編程與加工的效率，因此廣泛應用于數控加工編程中。

[1] 華中數控公司, 華中世紀星車床數控系統HNC-21/22T編程說明書, 2006.

[2] 馮志剛. 數控宏程序編程方法技巧與實例[M]. 北京： 機械工業出版社, 2008.

[3] 顧京. 數控機床加工程序編制[M]. 北京： 機械工業出版社, 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（1970－），男，講師，學士，研究方向為主要從事機械設計、CAD/CAM教學與研究工作。