數(shù)控車床加工對(duì)象是回轉(zhuǎn)面，對(duì)于規(guī)則曲線所組成的圓柱面、圓錐面、圓弧面、球面等的加工，只要使用普通程序利用直線插補(bǔ)或圓弧插補(bǔ)指令即可完成。但當(dāng)出現(xiàn)非圓曲線(橢圓、拋物線、雙曲線)構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體時(shí)，手工常規(guī)編程無能為力，采用軟件自動(dòng)編程又受設(shè)備和條件的限制時(shí)，則可以采用宏程序來編制。采用小段直線或者小段圓弧逼近的方法，只要擬合步距足夠小，就能加工出標(biāo)準(zhǔn)的非圓曲線。用戶宏程序就是在程序本體中，能使用變量，可以給變量賦值，變量間可以運(yùn)算，語句間可以跳轉(zhuǎn)的程序。編制宏程序的加工原理是將數(shù)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，轉(zhuǎn)化為編程用方程，利用數(shù)控系統(tǒng)的宏程序功能，采用直線逼近法，在Z向或X向以一個(gè)適合的步距進(jìn)行分段，并把Z或X作為自變量，X作為Z或Z作為X的函數(shù)來進(jìn)行處理，算出曲線上的坐標(biāo)點(diǎn)值，然后驅(qū)動(dòng)刀具沿著這些計(jì)算點(diǎn)一步步移動(dòng)就能擬合加工出非圓曲線輪廓。

下面以FANUC 0i-TC系統(tǒng)加工橢圓為例，對(duì)宏程序的編制進(jìn)行介紹。

一、 宏程序參數(shù)簡(jiǎn)介

宏程序可以讓用戶利用數(shù)控系統(tǒng)提供的變量、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯判斷和程序循環(huán)等功能，來實(shí)現(xiàn)一些特殊的用法，從而使得編制同樣的加工程序更加簡(jiǎn)便。

1. 變量

使用用戶宏程序時(shí)，數(shù)值可以直接指定或用變量指定。當(dāng)用變量時(shí)，變量值可用程序或用MDI面板上的操作改變。 如:#1=#2+1或G01 X#1 F0.2。

(1)變量的表示及類型。變量用變量符號(hào)“#” 和后面的變量號(hào)指定。例如#1、#2等。表達(dá)式可以用于指定變量號(hào)。

(2)變量的運(yùn)算。①變量常用算術(shù)、邏輯運(yùn)算和運(yùn)算符。運(yùn)算符右邊的表達(dá)式可包含常量，或由函數(shù)或運(yùn)算符組成的變量。表達(dá)式中的變量“#j”和“#k”可以用常數(shù)賦值。左邊的變量也可以用表達(dá)式賦值。②運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)。按照優(yōu)先級(jí)的先后順序依次是:函數(shù)→乘和除運(yùn)算 (* 、/、AND、MOD)→加和減運(yùn)算(+、-、OR、XOR)。③括號(hào)嵌套。括號(hào)用于改變運(yùn)算優(yōu)先級(jí)。括號(hào)最多可以嵌套使用5級(jí)，包括函數(shù)內(nèi)部使用的括號(hào)。

2. 功能語句

循環(huán)(WHILE)語句。在WHILE后指定一條件表達(dá)式，當(dāng)條件滿足時(shí)，執(zhí)行DO到END之間的程序(然后返回到WHILE重新判斷條件)，不滿足則執(zhí)行END后的下一程序段。

格式為:WHILE[條件式]DOm;(m=1，2，3循環(huán)執(zhí)行范圍的識(shí)別號(hào))

END m;

其中m只能是1、2 和3，否則系統(tǒng)報(bào)警。DO——END循環(huán)能夠按需要使用多次，即循環(huán)嵌套。

橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程有兩種，一種是極坐標(biāo)方程，一種是直角坐標(biāo)方程。在編制宏程序前應(yīng)根據(jù)給定零件圖中的標(biāo)注來選擇方程(具體見實(shí)例)。先確定橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程，然后轉(zhuǎn)化為編程用方程，把標(biāo)準(zhǔn)方程中的X用Z代替，而Y在編程方程中就變成了X(因?yàn)槠胀〝?shù)控車床坐標(biāo)系中不用Y坐標(biāo))。

二、 實(shí)例分析

如圖1所示零件，該零件編程時(shí)以橢圓右端中心A 點(diǎn)作為編程原點(diǎn)，由于加工的橢圓極角θ 為90°，所以可以將橢圓極角設(shè)為自變量，當(dāng)橢圓極角從A點(diǎn)(0°)逐漸增加到B點(diǎn)(90°)時(shí)， 根據(jù)橢圓極坐標(biāo)參數(shù)方程求得橢圓AB段上每個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的短軸值和長(zhǎng)軸值，然后再算出橢圓AB段上每個(gè)點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中所對(duì)應(yīng)的X值和Z值，從而加工出橢圓。編程中采用循環(huán)(WHILE)語句。

1. 確定極坐標(biāo)方程 x=bsin?茲z=acos?茲

式中:a為x向橢圓半軸長(zhǎng)

b為z向橢圓半軸長(zhǎng)

θ為橢圓上某點(diǎn)的圓心角，零角度在z軸正向

2. 根據(jù)坐標(biāo)方程確定自變量及編程方程

設(shè)#1為角度自變量，#2、#3分別為X方向和Z方向的應(yīng)變量，可得以下方程

#2=42*SIN[#1]

#3=30*COS[#1]

3. 程序編制

G97 G99

T0101

M03 S1000

G00 X55 Z5 (循環(huán)起刀點(diǎn))

G73U25R12(加工余量與走刀次數(shù)粗加工每刀2mm)

G73P1Q2U0.5W0F0.15(循環(huán)的程序號(hào)與加工余量及進(jìn)給量)

N1G1X0F0.1(循環(huán)的起始程序號(hào))

Z0

#1=0 (將橢圓極角設(shè)為自變量，賦初值為0°)

WHILE[#1LE90]DO1(判斷句，當(dāng)#1≤90順序執(zhí)行，否則跳至END1下面語句)

#2=42*SIN[#1] (參數(shù)方程中橢圓X方向短軸值(直徑))

#3=30*COS[#1] 參數(shù)方程中橢圓長(zhǎng)軸值

#4=#3-30(橢圓圓心與編程原點(diǎn)O在Z方向的偏移值)

G01 X[#2] Z[#4] F0.1 (加工橢圓)

#1=#1+1 (自變量橢圓極角每次增量為1°)

END1

G1Z-35(走B點(diǎn)向右一小段)

N2X55(循環(huán)結(jié)束)

G00 X100 Z100(退刀至安全位置)

M05

M30

如圖2所示零件，該零件編程時(shí)以其右端中心O點(diǎn)作為編程原點(diǎn)，此例如用橢圓極坐標(biāo)方程，則要分別計(jì)算出A和B點(diǎn)處的橢圓極角，很麻煩。從零件圖給出的尺寸可知A 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橢圓長(zhǎng)軸值為7mm，B 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橢圓長(zhǎng)值為11.93 mm(18.93-7=11.93)，因此我們可以將橢圓長(zhǎng)軸設(shè)為自變量，數(shù)值由A 點(diǎn)的7mm逐漸減少到B 點(diǎn)的-11.93mm，然后根據(jù)橢圓直角坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)方程，求得所對(duì)應(yīng)的短軸變化值，最后再算出橢圓AB 段每個(gè)點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的X 值和Z值，從而加工出該零件的橢圓部分。編程中采用循環(huán)(WHILE)語句。

1. 確定極坐標(biāo)方程

2. 根據(jù)坐標(biāo)方程確定自變量及編程方程

設(shè)#1為z方向自變量，#2為X方向的應(yīng)變量，可得以下方程

#2=12/16*SQRT[16*16-#1*#1]

3. 程序編制

G97 G99

T0101

M03 S1000

G00 X55 Z10 (循環(huán)起刀點(diǎn))

G73U7R4(加工余量與走刀次數(shù)粗加工每刀2mm)

G73P1Q2U0.5W0F0.15(循環(huán)的程序號(hào)與加工余量及進(jìn)給量)

N1G1X40F0.1(循環(huán)的起始程序號(hào))

Z5

#1=7 (將橢圓長(zhǎng)軸設(shè)為自變量，賦初值為7)

WHILE[#1GE-11.93]DO1(判斷句，當(dāng)#1≠90順序執(zhí)行，否則跳至END1下面語句)

#2=2*12/16*SQRT[16*16-#1*#1] (參數(shù)方程中橢圓X方向短軸值(直徑))

#3=#2+20 (橢圓圓心與編程原點(diǎn)O在X方向的偏移值)

#4=#1-7(橢圓圓心與編程原點(diǎn)O在Z方向的偏移值)

G01 X[#3] Z[#4] F0.1 (加工橢圓)

#1=#1-1 (自變量橢圓長(zhǎng)軸每次增量為-0.1mm)

END1

G1Z-25.89(走B點(diǎn)向右一小段)

N2X55(循環(huán)結(jié)束)

G00 X100 Z100(退刀至安全位置)

M05

M30

三、 小結(jié)

兩個(gè)實(shí)例在編程中都使用了宏程序，但是選擇了不同的標(biāo)準(zhǔn)方程轉(zhuǎn)化的編程方程，選取了不同的參數(shù)作為自變量，例1中使用的是極坐標(biāo)方程，以橢圓極角作為自變量，例2選擇直角坐標(biāo)方程，以橢圓長(zhǎng)軸作為自變量，當(dāng)然也可以短軸作為自變量。這主要由橢圓在工件坐標(biāo)系中的位置及圖樣中給出的尺寸而定。通過兩個(gè)實(shí)例可以看出，編寫加工橢圓的宏程序首先要選擇合理的參數(shù)方程，再選擇合適的自變量，然后依據(jù)自變量和橢圓方程求得橢圓上每個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的短軸值和長(zhǎng)軸值，再計(jì)算出橢圓上每個(gè)點(diǎn)在工件坐標(biāo)中的X值和Z值，最終加工出橢圓。以上只是零件粗加工編程，零件的精加工只要使用G70P1N2即可。

(靖江職業(yè)高級(jí)中學(xué))