宏程序加工非圓曲線的分析與應用

摘 要:本文針對GSK980TD系統的A類宏程序編程加以詳細分析，重點分析利用G65編寫端面橢圓的編程步驟，既用宏程序指令表示橢圓方程，以類似G73平行分刀的走刀路線進行加工，從而提高工件形狀精度和表面質量。

關鍵詞:數控大賽 GSK980TD系統 宏程序 橢圓 A類宏G65指令

中圖分類號:TG659 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0023-02

近年來，全國數控大賽廣泛舉行，各級職業技術院校都積極參加，數控大賽中應用宏程序變量進行編程，對可以用函數公式描敘的工件輪廓或曲面進行數控加工。宏程序是現代數控系統一個重要的新功能和新方法，也是全國數控技能大賽實操考試主要考核點之一。在數控大賽中，不僅比出成績，而且選拔出一批優秀的數控技能人才，交流了技藝，激發了數控操作領域從業人員學習和提高自身技能的興趣和比學趕幫超的積極性，對整體提高各院校數控操作人員技能水平起到重要推動作用。競賽不僅探索出一條選拔技能人才的道路，并且帶動一些地區數控技能實訓基地建立，對數控技能人才的培養和成長都將起到積極的推動作用。

因此，我校要利用好這個為技能人才提供展示技能、交流創新的平臺。以學校為單位，提高技能，找出弱項，并且根據自己學校機械設備的實際情況有針對性的提高。通過對我校數控車工參賽選手實際操作訓練的觀摩和研究，并且自己動手操作GSK980TD這套系統，針對利用宏程序車削外圓和端面為橢圓的輪廓形狀有了自己的認識和見解。

廣東省數控技能大賽車工組參賽選手使用的設備即為GSK980TD系統，而且我校也有這套系統的車床供我校準備參加競賽的選手練習使用，GSK980TD系統提供了類似于高級語言的宏指令G65，用戶宏指令可以實現變量賦值、算術運算、邏輯判斷及條件轉移，有利于編輯特殊零件的加工程序，如外輪廓線的局部為非圓曲線的情況。非圓曲線還包括拋物線、雙曲線等其他幾種形式，因為在實際操作中以橢圓加工變數最多，最具有代表性，其中以端面橢圓加工最具難度。本文重點分析端面橢圓的宏程序編寫步驟，宏程序就是利用公式來加工工件的，比如說非圓曲線橢圓，如果沒有宏程序的話，我們就要逐點算出橢圓曲線上若干個點的坐標，然后慢慢用直線來逼近，但是如果是一個表面光潔度要求很高的工件的話，那么需要計算的點坐標很多，增大了計算量并且編程變得繁瑣.可是應用宏程序后，我們可以把橢圓的公式輸入到系統中，然后我們給出變量坐標，例如Z坐標，并且每次增加差量，那么宏程序就會自動算出X坐標，并且進行車削，實際上宏在程序中起到的是運算作用。

宏一般分為A類宏和B類宏，A類宏是以G65 Hxx P#xx Q#xx R#xx 的格式輸入的，B類宏的程序則是以直接的公式和語言輸入的，和C語言很相似，雖然B類宏的應用比較廣，但是在一些老系統中，比如GSK980TD中由于它的MDI的鍵盤上沒有公式符號，為此如應用B類宏程序的話只能在計算機上編好再通過接口傳輸到數控系統中，但是如果沒有PC機和電纜的話，那么只有通過A類宏程序編制了。

下面以凸面橢圓朝上運用GSK980TD系統分析A類宏程序編程原理(圖1)。

以端面橢圓為例，加工步驟如下。

1.工藝分析

加工橢圓的工藝分成粗加工和精加工，加工端面橢圓運用極限坐標公式轉換成宏程序編程，其走刀路線類似于G73配合G70的粗、精車加工，運用起來比較方便。

2.C刀尖補償:端面圓弧刀具

數控車刀采用刀尖圓弧補償進行加工時，刀尖形狀和切削時所處位置不同，其補償量與補償方向也不同，根據各種刀尖形狀和刀尖位置不同數控車刀的刀具切削沿位置共有9種，刀沿位置號如圖2。

3.走刀路線

如示意圖:粗車為10刀，共切深9.5mm，一刀精車，為0.5mm。一共切深10mm，正好等于橢圓的短半軸長度(圖3)。

4.設置坐標系及自變量

根據圖紙中所示橢圓形狀，為了對刀和編程方便，設置工件右端面為編程坐標中心，圖中端面形狀為1/2個橢圓輪廓，橢圓的幾何中心和編程坐標中心重合，Z軸與X軸存在一定的關系，如極限方程(1)，其中長半軸a為24mm，短半軸b為10mm，自變量為橢圓輪廓點的圓心角度。

判斷自變量的變化范圍。如圖走刀路線圖所示，第一刀到最后一刀為仿G73平行分刀路線，切削走刀方向是從橢圓外輪廓到橢圓中心(減小刀具振動)，自變量圓心角度變化從90°到0°。

對于橢圓的輪廓，其方程有兩種形式

1)極限坐標形式

a—X方向橢圓的半軸長

b—Z方向橢圓的半軸長

:橢圓上某點的圓心角

2)直角坐標方程

利用G65 Hxx P#xx Q#xx R#xx格式將1)極坐標公式轉化為宏指令編程如下:

5、編程及解析:

G00 X100 Z100;

M03 S02;

T0101;

G0 X50 Z10;

G65 H01 P#208 Q9500;

(相當于G73中W值，總切削深度)

N1 G65 H01 P#200 Q24000;

(公式1中的a值，賦24)

G65 H01 P#202 Q10000;

(公式1中的 b值，賦10)

G65 H01 P#204 Q90000;

(起始角度公式1中 賦90度)

G65 H01 P#206 Q0;

(終止角度公式1中 賦0度)

N2 G65 H04 P#500 Q2 R#200;

(2a)

G65 H31 P#502 Q#500 R#204;

(x=2a*sin90)

G65 H32 P#504 Q#202 R#204;

(z=b*cos90)

G65 H03 P#506 Q#208 R#504;

(W-Z)

G42 G01 X#502 Z#506;

(刀尖半徑右補償，實際切削)

G65 H03 P#204 Q#204 R500;

(角度累加器，累加角度為0.5度)

G65 H85 P2 Q#204 R#206;

(條件判斷是否終止角度)

G40 G00 Z10;

(取消半徑補償，退刀)

X50;

G65 H03 P#208 Q#208 R950;

(深度累加器，變化量為0.95mm)

G65 H85 P1 Q#208 R0;

(判斷是否達到深度)

G0X100 Z100;

T0100;

M30;

注:此程序為粗加工，每刀切深0.95，共9.5mm，留了0.5mm的精車余量，精車程序只需在以上程序做些許改動如下:

即將第五行G65 H01 P#208 Q10000;改為G65 H01 P#208 Q0;(其中Q值改為0)，其他不變。

如果遇到橢圓加工的其他情況，可以運用數學知識進行坐標轉換，其他步驟區別不大。若遇到其他非圓曲線編程，只是在線性公式轉換運用宏指令方面有所區別。希望可以給予有需要的人一些參考，幫助其全面地、清晰的認識宏程序，由此提高自己的技能水平。

參考文獻

[1]980TD系統說明書

[2]機械工程師.2009(3).

[3]沈建峰.數控車床技能鑒定.北京:化學工業出版社.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文