基于FANUC0i宏程序在雙曲線車削加工中應用

劉旭

（蘇州市職業大學，江蘇 蘇州 215104）

0 引 言

在數控車削加工中，數控系統通常只具有直線和圓弧插補兩種功能，而對于如圖1 所示橢圓、雙曲線、曲線螺紋等非圓曲線和非常規螺紋，利用宏程序可以方便、快捷地完成加工。通過宏程序變量賦值、變量運算、變量傳遞，極大地簡化了程序，避免了一些專業CAM 軟件自動生成加工程序出現可讀性差、修改麻煩、占用內存的缺點。

圖1 橢圓和曲線螺紋

現以FANUC 0i 系統為例，結合加工實踐，探討宏程序在雙曲線車削加工中的應用。

1 雙曲線的數學分析

圖2 雙曲線

平面內與兩定點F1、F2的距離差的絕對值為常數2a 的點M 的軌跡叫做雙曲線。如圖2 所示，其中定點F1、F2在Y 軸上時其標準方程為

1.1 曲率對加工影響

曲線的曲率反映了曲線的彎曲程度，曲率越大，曲率半徑越小，曲線彎曲嚴重；相反，曲率越小，曲率半徑越大，曲線過渡平滑。在車削加工中，要充分考慮曲線的曲率，進行合理的刀具選擇，否則將會產生過切、干涉等破壞加工表面的情況。

如圖3 所示，雙曲線上M 點處的曲率半徑R最小，曲率最大。加工時，為了減小刀具對雙曲線輪廓的影響，宜采用刀尖圓弧半徑較小的尖頭車刀。試驗證明，選擇刀片刀尖圓弧半徑0.2 mm，主后角為6°～8°，可以有效避免以上情況，切削效果較好。

圖3 雙曲線曲率與曲率半徑

1.2 雙曲線函數變換

2 用戶宏程序

用戶宏程序可以允許使用變量、算術、邏輯運算、條件轉移和循環控制，使得編制相同加工操作的程序更簡潔、方便。用戶宏程序功能指令可把實際值設定為變量，使宏程序更具有通用性，使用時，可用一條簡單指令調出宏程序，和調用子程序一樣。

2.1 變量

在使用用戶宏程序時，數值可以直接指定或用變量指定，當用變量時，變量值可用程序或在MDI 操作面板上改變。變量用變量符號（#）和后面的變量號指定。根據變量號可以將變量分成空變量、局部變量、公共變量和系統變量4 種類型。其中局部變量為#1～#33。例#1=100，#2=200，G00 X#1 Z#2。

2.2 轉移和循環

在宏程序中有3 種轉移和循環操作可供使用：

1）GOTO 語句（無條件轉移。格式：GOTO n，n 為順序號（1-9999）。

2）IF［＜條件表達式＞］GOTO n。

3）在WHILE 后指定一個條件表達式，當指定條件滿足時，執行從DO 到END 之間的程序，否則轉到END 后的程序段。

注意：DO 后的號和END 后的號是指定程序執行范圍的標號，標號值為1、2、3。若用1、2、3 以外的值將會產生P/S 報警NO126。

圖3

2.3 宏程序調用

宏程序調用可用G65（非模態調用）和G66、G67（模態調用）兩種方式，調用時，自變量可賦值到宏程序中。例如：G65 Pp Ll；p 為要調用的程序，l 為重復次數，默認值為1。文中采用G65 調用。

3 實例分析

如圖4 所示，該零件尺寸精度要求較高，總體結構包括圓弧面、雙曲線、圓柱面等。其中雙曲線方程為x2/a2-z2/b2=1，實半軸為a，虛半軸為b。

3.1 雙曲線編程

在如圖4 所示含有雙曲線零件的車削加工過程中，通常以Z 為自變量，X 作為Z 的函數，根據上述的函數變換，X=2a*SQRT［1+Z*Z/b*b］，Z 的變化區間選擇［d，-d］，然后采用G01 直線擬合插補法，即Z 方向步距均勻疊加（通常步距選擇0.02～0.05 mm），系統自動計算出X 值。由于圖中零件的工件坐標系原點和雙曲線的對稱中心不重合，首先要將工件坐標系的原點偏置到雙曲線的對稱中心上，即G52 X0 Z（16+d）。為了保證編制宏程序的通用性，程序中雙曲線的起始點及虛、實半軸全部采用變量方式，加工中用戶只要根據需要進行賦值即可。

圖4 零件圖

3.2 宏程序流程框圖

根據上述的編程思想，采用WHILE 循環語句，程序框圖如圖5。

圖5 雙曲線宏程序流程框圖

3.3 編制加工程序

程序中變量含義：a為雙曲線實半軸；b 為雙曲線虛半軸；d 為雙曲線輪廓有效長度。

主程序：

O0001；主程序名

N10 T0101；調用外形粗加工刀具

N20 G97G99S1000M03；定義主軸轉速

…

N50 T0202；調用車削雙曲線的尖頭車刀

N60 G97G99S1500M03；切換主軸轉速

N70 G65 P1000；調用子程序雙曲線宏程序

…

其專職安全人員要做好基坑巡視檢查工作，巡視他不僅可以及時發現險情，而且能系統地記錄、描述基坑施工和周邊環境的變化過程，及時發現被披露的不利地質狀況，其專職安全人員要做好以下幾點內容：

N90 G00X150

Z200；刀具退到安全位置

N100 M05；主軸停止

N110 M30；程序結束

用戶宏程序：

O1000；子程序名

N20#1=d；定義Z 向起點坐標

N30 WHILE［#1LE-d］DO1；條件語句

N40#2=a*SQRT［1+#1*#1/b*b］；X 向坐標值計算

N50 G01X［2*#2］Z［#1］；G01 直線擬合插補

N60#1=#1-0.05；Z 向坐標偏移值計算

N70 END1；循環結束

N80 G52X0Z0；取消局部坐標系

N90 M99；返回主程序。

4 結 語

從以上應用中可以看出，宏程序是數控機床手工編程方法的一種高級程序語言，大部分零件尺寸是通過變量傳遞的，極大地簡化了數控程序，易實現系列化生產。宏程序在雙曲線中的應用方法同樣適合在其它曲線中應用推廣。

［1］ 黃冬英.宏程序在刻線加工中的應用［J］.制造技術與機床，2011（2）：160-162.

［2］ 成崗.運用宏程序銑削孔與螺紋［J］.煤礦機械，2010（12）：118-120.

［3］ 單春陽.數控宏程序編程應用淺析［J］.科技信息，2007（32）：427-428.

［4］ 黎向榮.宏程序在數控加工中的應用［J］.工業技術，2009（3）：100-103.