基于宏程序車削不同開口方向的拋物線曲線

李占海

(青海省重工業職業技術學校,青海西寧,810026)

0 引言

隨著數控加工技術的廣泛應用，在企業生產中就會經常遇到應用宏程序加工拋物線輪廓的工件。如柱塞泵塞等零件則需要宏程序加工方能提高效率和加工精度，同時在全國數控大賽中經常出現不同開口方向拋物線輪廓的試題，作為一名中等職業技術學校數控車實習指導教師則需要深層的掌握、理解及熟練的應用宏程編寫。

宏程序是數控系統及類似產品中的特殊編程功能。用戶宏程序的實質與子程序相似，它是把一組實現某種功能的指令，以子程序的形式預先存儲在系統存儲器中，通過宏程序調用執行這一功能。宏程序與普通程序相比較，普通程序的程序為常量，一個只能描述一個幾何形狀，所以缺乏靈活性和適用性。而在宏程序中可以使用變量進行編程，還可以用宏指令對這些變量進行賦值、運算等處理。通過使用宏程序能執行一些有規律變化的曲線輪廓的動作，從而形成我們需要的曲線輪廓。下面就用FANUC Series OI Mate-TC系統數控車機床，應用宏程序加工下面四種拋物線輪廓，并對宏程序的應用進行分析。

1 拋物線輪廓在水平位置，圖1開口方向向左圖2開口方向向右

1.1 圖形分析：圖1中拋物線輪廓處于工件右端，拋物線頂點位于工件右端中心，拋物線方程X=-0.05Y2。依據數控車床X方向與Z方向坐標軸的關系則將原方程變化為：Z=-0.05X2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。而圖2中拋物線輪廓處于工件左端，拋物線頂點位于工件左端中心，拋物線方程X=0.05Y2。依據數控車床X方向與Z方向坐標軸的關系則將原方程改為：Z=0.05X2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。工件毛坯料為：￠52×77，車削拋物線部分是夾工件一端，將拋物線與大經一同車出。上述圖1與圖2的開口方向一左一右，圖1中車削拋物線的方程式為：Z=-0.05X2（Z值為負值），圖2中車削拋物線的方程式為：Z=0.05X2（Z值為正值）。但由于在數控車床走刀方式是由右向左順序進行加工，因此車削圖2工件中的拋物線部分是要將工件調頭進行車削，這時候圖2中拋物線的方程式要改為：Z=-0.05X2，（Z值由原來的正值變為負值），圖1、圖2的宏程序編寫方法相同。

1.2 圖1工件拋物線部分粗精加工宏程序如下

O0001

M03 S630 T0101 F0.2; (刀具采用35度轉菱形刀片)

G00 X52 Z2;

G73 U25 R12；

G73 P1 Q2 U0.5;

N1 G00 X-2; (粗精車循環的首句)

GO1 Z0;

#1=0; （#1為拋物線曲線公式中的Z坐標，數字0為拋物線方程中曲線起點的Z值）

WHILE [#1GE-17.4]DO1; (宏程序循環語句；-17.4指的是拋物線方程中結束點Z坐標)

#2=SQRT[-20*#1]； （#2為拋物線曲線上各點在公式曲線中的X坐標）

#3=[2*#2]; （#3為拋物線曲線各點工件坐標系中的X坐標）

#4=[#1]; （#4為拋物線曲線各點相對于工件坐標原點的Z坐標）

GO1 X#3 Z#4; （通過直線插補進行直線擬合形成拋物線）

#1=#1-0.1; （0.1為直線插補步距）

END 1;

G00 X52;

N2 Z2; (粗精車循環的最后一句)

G70 P1 Q2;

M30

2 拋物線輪廓在豎直位置，且開口方向向下。（以圖形上半部分看拋物線開口方向向上）

2.1 圖形分析：圖3中拋物線輪廓處于工件大經豎直位置且開口方向上，拋物線兩頂點之間的距離為：L=30mm，拋物線方程Y=0.01X2。依據數控車床X方向與Z方向坐標軸的關系則將原方程變化為：X=0.01Z2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。圖3中拋物線輪廓處于工件大經的整個圓周，車削拋物線輪廓的關鍵在于工件X值將隨著Z的變化而變化，X值為#3=[30+2*#2]。

2.2 圖3 工件拋物線部分粗精加工宏程序如下：

O0003

M03 S630 T0101 F0.2; (刀具采用35度轉菱形刀片)

G00 X52 Z2;

G73 U7 R5；

G73 P1 Q2 U0.5;

N1 G00 X32; (粗精車循環的首句)

GO1 Z0;

GO1 X36 Z-2;

Z-20;

X46;

X50 Z-22;

Z-25;

#1=10; （#1為拋物線曲線公式中的Z坐標，數字10為拋物線方程中曲線起點的Z值）

WHILE [#1GE-10]DO1; (宏程序循環語句；數字-10指的是拋物線方程中結束點Z坐標)

#2=0.01*#1*#1； （#2為拋物線曲線上各點在公式曲線中的X坐標）

#3=[30+2*#2]; （#3為拋物線曲線各點工件坐標系中的X坐標）

#4=[#1-35]; （#4為拋物線曲線各點相對于工件坐標原點的Z坐標）

GO1 X#3 Z#4; （通過直線插補進行直線擬合形成拋物線）

#1=#1-0.1; （0.1為直線插補步距）

END 1;

GO1 Z-52；

G70 P1 Q2;

M30

3 拋物線輪廓在豎直位置，且開口方向向下。（以圖形上半部分看拋物線開口方向向下）

3.1 圖形分析：圖4中拋物線輪廓處于工件大經豎直位置且開口方向下，拋物線兩頂點之間的距離為：L=50mm，拋物線方程Y=-0.01X2。依據數控車床X方向與Z方向坐標軸的關系則將原方程變化為：X=0.01Z2,編程時按含有X、Z的方程式編寫宏程序。圖4中拋物線輪廓宏程序的編寫與圖3相同，不同點在于車削拋物線輪廓時工件X值將隨著Z的變化而變化，X值為#3=[50-2*#2]，其余與圖3拋物線輪廓程序相同。

通過應用宏程序對不同開口方向拋物線輪廓車削總結如下：依據所提供的圖紙建立拋物線輪廓的坐標中心點，計算出拋物線曲線中曲線起點相對于坐標中心點的Z坐標值，把該值賦予變量#1，通過函數公式計算出變量#2，再計算出工件坐標中心點與拋物線曲線坐標中心點之間的Z值，把該值賦予變量#4，這樣我們應用宏程序中用戶程序B的WHILE語句形式，把拋物線曲線的編程的內容放在G73固定循環中完成拋物線曲線輪廓的加工，并且應用這種方法可以加工出其它的非圓二次曲線。另外特別注意的是對于數控車使用FANUC系統加工非圓二次曲線時，在該系統下宏程序的應用只能在G73固定循環的語句下應用，而不能在G71固定循環語句下應用。

[1]沈建國.數控車床編程與操作實訓.北京:國防工業出版社,2008.

[2]明興祖.數控加工技術.北京:化學工業出版社, 2003.

[3]卓良福.全國數控大賽實操試題集錦(數控車加工部分).華中科技大學出版社, 2010.

[4]龔中華.數控機床編程與操作.北京:中國勞動社會保障出版社, 2004.