基于宏程序的復雜橢圓凸臺零件的數控編程加工

丁艷

摘要：采用用戶宏程序加工二維非圓曲線輪廓，并結合數控系統提供的坐標平移、子程序等編程指令可以減少繁瑣的數值計算和簡化編程，以復雜橢圓曲線輪廓的數控銑削加工為例，分析研究公式曲線的編程思路和自變量的確定，在FANUC系統中編寫其加工程序，并利用斯沃數控仿真軟件校驗程序。

Abstract： It can reduce the tedious numerical calculation and simplify the programming by using the user macro program to process the two-dimensional non-circular curve outline and combining with the coordinate translation， subroutine and other programming instructions provided by the CNC system. Taking the NC milling of complex elliptic curve as an example， the programming idea of formula curve and the determination of independent variables are analyzed and studied. The machining program is written in FANUC system and verified by SSCNC simulation software.

關鍵詞：宏程序;非圓曲線輪廓;FANUC系統;數控仿真

Key words： macro program;noncircular curve profile;FANUC system;numerical control simulation

中圖分類號：TH16;TG659?????????????????????????????? 文獻標識碼：A??????????????????????? ????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0119-02

0? 引言

在數控編程中通常會遇到非圓公式曲線輪廓的編程加工，而FANUC數控系統并沒有提供現成的指令來編寫此類零件的加工程序，因此在手工編程中，需要利用系統提供的宏程序指令，采用擬合的思路來完成，即在公式曲線上選取若干個節點，再將這些節點用直線或者圓弧兩兩首尾相連，用若干段直線或圓弧去擬合逼近公式曲線輪廓。常用的擬合逼近方法有等間距直線法、等弦長直線法、等誤差直線法和圓弧逼近法[1]。在手工編程中，一般采用等間距直線逼近法。

1? 宏程序功能

宏程序為手工編寫公式曲線輪廓的加工程序提供可能，并使程序更加簡潔、通用性更強。作為數控編程指令的重要補充，宏程序具備計算機高級語言的特點，應用靈活、簡練易懂，可以完成一般編程指令不能完成的功能，并實現參數化編程。同時，FANUC數控系統還提供了坐標系平移、旋轉、子程序等簡化編程的指令，在編制各種復雜的零件加工程序時，使用簡化編程的指令可以減少復雜的數值計算[2]。

2? 橢圓曲線輪廓的宏程序編制

圖1為帶橢圓輪廓的凸臺零件，凸臺高度為5mm，下面以該零件為例，說明宏程序在數控銑削公式曲線輪廓零件中的應用。

2.1 編程分析

選用？準16立銑刀銑削零件的外輪廓，以工件上表面的中心點即O點作為編程坐標系的原點，外輪廓高度為5mm，采用分層銑削，每層銑削1mm，銑削5次，可將單層外輪廓的銑削編成1個子程序，在主程序中調用該子程序即可。橢圓外輪廓加工采用等間距直線逼近法，利用宏程序編寫其加工程序。橢圓有標準方程和參數方程兩種數學公式，本例以標準方程來編寫橢圓輪廓的加工程序。

2.2 編寫橢圓輪廓加工程序

因編程坐標系的原點O與橢圓中心點O′不重合，需要將橢圓標準方程進行平移才能得到實際的橢圓方程。在編寫橢圓輪廓程序時可以先使用坐標系平移指令，將編程坐標系原點平移至O′點，在坐標系X′O′Y′中，橢圓的方程則為=1。a、b、c、d四個節點的坐標可以利用CAD繪圖軟件查詢得到，分別為（-28.345，15），（-14.965，23.22），

（-10.437，-29.856），（-17.014，-37）。通常選取單調的變量作為自變量，橢圓bc段在X′軸和Y′軸上的值均不單調，橢圓程序需要分段編寫，分段越多，程序則越長。若以X′軸作為自變量，需要分成兩段編寫，即bj段和jc段。若以Y′軸作為自變量，則需要分成三段編寫，即bi段、ik段和kc段。

以分段少為原則，下面以X′軸作為自變量，將橢圓方程變化為。其中以#1代表X′值，#2代表Y′值，宏程序中的方程應寫為#2=35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]]或#2=-35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]]，正負號應根據橢圓弧所在坐標系X′O′Y′中的象限選擇，在第一、二象限取正號，在第三、四象限取負號。橢圓輪廓的宏程序編程步驟如下：① 給自變量X′賦初始值;② 代入橢圓公式計算Y′坐標變量;③直線插補至當前點（X′，Y′）;④ 自變量X′遞增或遞減一個步長;⑤判斷自變量X′是否出界，若沒有出界，則返回步驟②執行，若出界，則橢圓輪廓加工完畢[3]。

編寫橢圓輪廓的加工程序如下：

O1011;（主程序名）

T01M06;

G54G90G40G64G0Z100;

M3S1000;

M8;

X-85Y0;（下刀點）

Z5;

G1Z0F200;

M98P51100;（調用子程序O1100）

G0Z100;

M9;

M5;

M30;

O1100;（子程序名）

G91G1Z-1F300;（下刀2mm）

G90G41X-55F120D1;（建立刀具半徑補償）

Y28;

G2X-47Y40R12;

G1X-35;

G2X-23Y28R12;

G1Y15;

G3X-13Y5R10;

G52X40Y-10;（平移編程坐標系原點O至O′點）

G1X-28.345;（切削至a點）

G3X-14.965Y23.22R15;（切削至b點）

#1=-14.965;（切削橢圓bj段，給自變量X′賦初值）

N15 #2=35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]];（代入公式計算Y′值）

G1 X#1 Y#2;（直線插補至當前點）

#1=#1+0.3;（自變量X′增加一個步長）

IF [#1 LE 20] GOTO 15;（若自變量X′沒出界，計算下一個點的Y′坐標）

#1=20;（切削橢圓jc段）

N25 #2=-35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]];

G1 X#1 Y#2;

#1=#1-0.3;

IF [#1 GE -10.437] GOTO 25;

G3X-17.014Y-27R9;（切削至d點）

G1X-55;（切削至e點）

G3X-61.207Y-29.483R9;（切削至f點）

G52X0Y0;（取消坐標系平移）

G2X-55Y-25R20;

G1Y0;

G40X-85;（返回下刀點，并取消刀具半徑補償）

M99;

只需要對主軸轉速、進給速度和刀具半徑補償值作相應的設置就可以利用該程序進行零件的粗加工、半精加工及精加工。

3? 仿真校驗

采用斯沃數控仿真軟件仿真校驗該零件橢圓外輪廓的加工程序。①設置毛坯尺寸為148×118×24mm。②選擇刀具。選擇立銑刀，并設置刀具半徑為16mm，完成對刀操作。③調用程序。將橢圓輪廓加工的主程序和子程序分別輸入到兩個記事本文件中并保存，再從仿真軟件中調用兩個文件即可。輸入子程序名時應注意與主程序中“M98P51100”的名字保持一致。④設置刀具半徑補償值。在仿真軟件刀補頁面相對應的刀號上輸入所使用刀具的半徑補償值為16。⑤自動加工。調出橢圓輪廓加工的主程序，將光標移至程序開始處，運行程序，并通過手輪或者增大刀具半徑補償值的方式去除余量。最終仿真結果如圖2所示。凸臺輪廓與零件圖相符，說明編程軌跡沒有問題。但在實際加工過程中，需要注意加工參數的調整。

4? 結束語

編程中的曲線輪廓公式需要根據編程坐標系和零件的尺寸進行相應的變換，如平移、旋轉、放大、縮小等，找到曲線的公式是編寫宏程序的關鍵。另外，合理選擇自變量能夠簡化編程，盡量選擇單調變化的變量作為自變量，若自變量不單調，曲線輪廓則需要分段編程，曲線分段越多，程序則復雜。利用直線插補擬合的編程方法同樣適用于其他二維非圓曲線輪廓的編程加工。

參考文獻：

[1]韓鴻鑾.FANUC數控銑床和加工中心工藝與編程[M].北京：化學工業出版社，2016：116-127.

[2]霍蘇萍，張月樓.宏程序在數控加工的應用分析[J].煤礦機械，2007，28（9）：121-123.

[3]吳新淼.基于直線逼近的曲線插補算法研究[J].機械工程師，2015（8）：72-73.