基于宏程序的非圓弧曲線數控程序的編制

丁剛強

(柳州五菱汽車工業有限公司 制造工程部，廣西 柳州 545007)

隨著社會的發展，現代產品的更新換代特別頻繁，逐步朝小型化、大功率、復雜化、高精度方向發展。在機械制造業中，具有非圓弧曲線（橢圓、雙曲線、拋物線、一般二次曲線和阿基米德螺旋線等曲線）結構形狀的零件，應用也日趨廣泛，如繼電器觸點的鉚頭、微波天線，波導元件、模具型芯、汽車觀后鏡、汽車車燈等零件，這些零件往往是較難加工的。

應用傳統的靠模加工法柔性差，不能滿足這類產品多樣化、更新換代快的要求。只有采用柔性好、加工精度高的數控加工方法，才能滿足市場的要求。一般情況下，數控機床只有直線插補和圓弧插補的功能，對于非圓弧曲線輪廓的加工將無能為力。利用用戶宏程序，以無限小的直線段或圓弧段來逼近零件輪廓，就能完成非圓弧曲線的加工。

1 非圓弧曲線的編程原理的分析

在普通數控機床系統中，只有直線插補的G1 指令和圓弧插補的G2/G3 指令，因此，僅用上述3個G指令，將難以完成諸如橢圓、拋物線、漸開線以及螺旋線等這些非圓弧曲線的加工；一般采用小直線段或小圓弧段來逼近零件輪廓，只有將零件的輪廓加工誤差控制在允許的公差范圍內即可，見圖1所示。

圖1 非圓弧曲線零件輪廓的“逼近”加工

一般情況下，借助CAD/CAM 軟件，如UG、PRO/E 等，先在CAD 環境下畫出具有非圓弧曲線結構的零件，然后在CAM 環境下生成數控加工程序，即可完成非圓弧曲線輪廓的加工。但這種編程方法缺點，是生成的程序占用空間大，特別是加工高精度的非圓弧曲線輪廓，因而對數控系統要求較高。

數控系統的用戶宏程序功能，其實質就是允許用戶設定一自變量，其他參數隨自變量變化而變化，進行參數化編程，當滿足條件時，執行循環加工程序；不滿足條件時，退出循環結束程序。其特點是能進行重復性執行程序，且程序段數少。因此，利用數控宏程序編寫非圓弧曲線輪廓程序，既能用無限逼近之方法加工非圓弧曲線輪廓，又可避免因采用CAD/CAM軟件出程序占用內存空間大的缺點。

2 利用宏程序編制加工非圓弧曲線

在普通數控程序編制中，只能使用常量，一個程序通常只能描述一個幾何形狀，缺乏靈活性和適應性。宏程序的主體，是由變量的定義、賦值、運算、轉移、循環、判斷能及報警、計時、運動指令等組成，并以一定的格式寫成的程序。用戶宏程序指令功能，是由用戶根據各自的需要編制出宏指令，并以子程序形式裝入存儲器，以便用戶隨時通過簡單的操作，就能將其調入數控指令主程序中，實現復雜的輪廓加工，我們從以下兩個實例進行分析。

2.1 利用宏程序編制橢圓加工程序

以石油壓裂車上的一個零件為例（如圖2所示），編制在數控銑床上加工輪廓呈橢圓的宏程序。

圖2 石油壓裂車上橢圓零件圖

其標準方程為

其參數方程為

將圓心角的增量設為Δθ=1°，初始參數θ=0°，在FANUC 0I-MATE 數控系統中，編制宏程序如下：

2.2 利用宏程序編制拋物線加工程序

以汽車前燈的反射罩為例，如圖3所示，編制在數控銑床上加工旋轉拋物體的宏程序。

圖3 汽車前燈的反射罩曲面圖

經坐標變換后的方程為

根據需要的變量，設定相應的地址碼，其含義見表1。

表1 變量地址碼含義表

在FANUC 0I-MATE 數控系統中，編制宏程序如下：

3 結束語

由此可見，借宏程序指令編制非圓弧曲線輪廓的加工程序，首先必須確定描述該曲線的函數關系，然后通過相應的轉化建立數學模型，選擇數控系統提供的變量，編制宏程序。其解決了利用CAD/CAM方法編制非圓曲線零件程序所帶來的程序量大的弊端，實現了對非圓弧曲線復雜零件的高精度加工，在生產中得到了廣泛的應用，甚至一些按規律排列的多工位工件加工均可用宏程序指令簡便實現。

[1]姜 海，王明旭，田春艷.宏指令編程在函數方程曲線加工中的應用[J].機床與液壓，2002，（5）：P158～P161。

[2]滕 汶.數控編程中用戶宏程序應用[J].機械工人（冷加工），2003，（11）：73.

[3]日本法那科數控系統FANUC 0I-MATE 編程說明書[K].北京：北京法那科數控公司，2004.