林 強(qiáng)

（廣東省理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 510500）

宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合車(chē)削非圓曲線輪廓

林 強(qiáng)

（廣東省理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 510500）

對(duì)非圓曲線輪廓零件的編程，采用粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合精加工宏程序進(jìn)行，不僅可以使得編寫(xiě)的程序段少，縮短編程的輔助時(shí)間，同時(shí)又可減少程序運(yùn)行行數(shù)，快速完成零件的粗精加工，提高編程與加工的效率。

非圓曲線；宏程序；粗車(chē)復(fù)合循環(huán)

0 引言

數(shù)控車(chē)床可以加工各種類(lèi)型的回轉(zhuǎn)面，對(duì)于圓柱面、錐面、圓弧面、球面等的加工，可利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)指令完成，而對(duì)于一些非圓曲線（如拋物線、橢圓）構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體，編程和加工起來(lái)具有一定的難度。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的數(shù)控系統(tǒng)只提供直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種插補(bǔ)功能，因此，在數(shù)控機(jī)床上對(duì)非圓曲線的加工大多采用小段直線或者小段圓弧逼近的方法來(lái)編制加工程序。

使用宏程序?qū)Ψ菆A曲線輪廓零件進(jìn)行編程，在實(shí)際運(yùn)用中，常作為子程序來(lái)調(diào)用，刀具工進(jìn)時(shí)耗費(fèi)在空走刀的時(shí)間遠(yuǎn)超過(guò)加工切削時(shí)間，致使生產(chǎn)效率降低。如果將宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)效結(jié)合起來(lái)，可以使得刀具工進(jìn)時(shí)空走時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題得到較好的解決。本文以華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)為例，對(duì)采用粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合精加工宏程序進(jìn)行編程的方法進(jìn)行具體分析和介紹。

1 非圓曲線節(jié)點(diǎn)的循環(huán)計(jì)算

對(duì)非圓曲線輪廓的零件進(jìn)行編寫(xiě)時(shí)，常用多個(gè)直線段或圓弧去近似代替非圓曲線， 逼近線段與被加工曲線的交點(diǎn)， 稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。以下以橢圓為例，說(shuō)明非圓曲線節(jié)點(diǎn)的循環(huán)計(jì)算過(guò)程。

以直線逼近橢圓的情況如下：采用平分等角度(間距)法，以角度β為變量，變化范圍為0°～360°，節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式為：X＝αcos β；Y＝bsin β；其中α為橢圓長(zhǎng)半軸，b為橢圓短半軸。從β＝0°開(kāi)始計(jì)算，每計(jì)算出一個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)就直線插補(bǔ)到該點(diǎn)，然后β增加一個(gè)步距(增量)，利用宏程序中循環(huán)語(yǔ)句，進(jìn)行變量迭代，表達(dá)式及其它語(yǔ)句無(wú)須改變，直到β超出變化范圍為止。角度β每次的變化量和最后工件的加工表面質(zhì)量有較大關(guān)系，步距（增量）越少，加工精度越高，表面粗糙度值越小，但走刀次數(shù)就會(huì)相應(yīng)增加，加工效率則降低，所以，要全面的綜合考慮各種因素，選擇合理的步距（增量）。

2 宏程序/子程序調(diào)用

對(duì)尺寸不同，但形狀相同或相近的零件進(jìn)行編程時(shí)，使用變量、算術(shù)和邏輯運(yùn)算及條件轉(zhuǎn)移指令編制宏程序，程序中體現(xiàn)零件的走刀軌跡，操作者只需使用用戶宏命令對(duì)其進(jìn)行調(diào)用即可，而不必記憶用戶宏主體。使用宏程序作為子程序調(diào)用時(shí)要注意以下的要點(diǎn)。

1）宏程序/子程序調(diào)用的參數(shù)傳遞規(guī)則

G代碼在調(diào)用宏程序時(shí)，為了保存當(dāng)前主程序的編程信息，系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)前程序段各字段(A～Z共26個(gè)字段，如果沒(méi)有定義則為零)的內(nèi)容復(fù)制到宏執(zhí)行時(shí)的局部變量#0-#25，同時(shí)復(fù)制調(diào)用宏時(shí)當(dāng)前通道九個(gè)軸的絕對(duì)位置（機(jī)床絕對(duì)坐標(biāo)）到宏執(zhí)行時(shí)的局部變量#30～#38。

調(diào)用一般子程序時(shí)，不保存系統(tǒng)模態(tài)值，即子程序可修改系統(tǒng)模態(tài)，并保持有效；而調(diào)用固定循環(huán)時(shí)，保存系統(tǒng)模態(tài)值，即固定循環(huán)子程序不修改系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)。

表1列出了宏當(dāng)前局部變量#0～#25所對(duì)應(yīng)的宏調(diào)用者傳遞的字段參數(shù)名。

表1 宏調(diào)用時(shí)所傳遞的字段參數(shù)名與當(dāng)前宏局部變量對(duì)照表

2）宏程序的調(diào)用格式為：M98 P（宏程序名）＜變量賦值＞或G65 P（宏程序名）＜變量賦值＞。

宏程序的調(diào)用方式類(lèi)似于調(diào)用子程序，即同樣采用M98調(diào)用，采用M99結(jié)束。但在調(diào)用宏程序時(shí)，應(yīng)給出所需要的參數(shù)值。

3 宏程序/子程序調(diào)用的編程

下面以非圓曲線橢圓類(lèi)零件的宏程序?yàn)槔?，如圖1所示（編程原點(diǎn)在右側(cè)面中心處），分析宏程序作為子程序調(diào)用的加工情況。主程序%7002使用了M98指令調(diào)用橢圓用戶宏程序%0003。

圖1 橢圓過(guò)渡類(lèi)零件

根據(jù)圖中給出的信息，手工編程時(shí)，非圓曲線一般都是單獨(dú)編制成子程序，由主程序?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)用。如圖1所示，要求加工工件右端輪廓，其加工程序和說(shuō)明如下（毛坯直徑尺寸40mm）：

%7002 （主程序）

G90 G36 G94 (絕對(duì)坐標(biāo)直徑編程)

T0101（選1#粗車(chē)刀，調(diào)1#刀補(bǔ)）

M03 S800 F150（以800 r/min啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)）

G00 X48 Z2（快速定位到起刀點(diǎn)）

#5=27 （切削起始位置）

WHILE #5 GE 1 (如果#5大于等于1)

M98 P0003（調(diào)用橢圓用戶宏程序）

#5=#5-2（步長(zhǎng)取2）

ENDW（返回循環(huán)體）

G00 X50 Z100（快速返回到換刀點(diǎn)）

M05（主軸停轉(zhuǎn)）

M30（程序結(jié)束并復(fù)位）

%0003（橢圓用戶宏程序）

#101=0（以橢圓中心為基準(zhǔn)的動(dòng)點(diǎn)X坐標(biāo)）

#102=0（以橢圓中心為基準(zhǔn)的動(dòng)點(diǎn)Z坐標(biāo)）

#1=0（橢圓參數(shù)方程起始角）

#2=131（橢圓參數(shù)方程終止角)

WHILE #1 LE #2（條件#1大于#2）

#101=2*15*SIN[#1*PI/180] （工件坐標(biāo)系下的橢圓動(dòng)點(diǎn)X坐標(biāo)）

#102=-30+30*COS[#1*PI/180] （工件坐標(biāo)系下的橢圓動(dòng)點(diǎn)Z坐標(biāo)）

G64 G01 X[#101+#5] Z[#102] F100（線速度恒定進(jìn)給速度100）

#1=#1+0.2（步長(zhǎng)取0.2度）

ENDW（返回循環(huán)體）

G01 W-10.39 F100（直線進(jìn)給加工f22.7外圓）

G01 U13.3 W-5 F100（加工錐面）

U2（慢速切出）

G00 U2（快速退出）

Z2（快速返回）

M99（返回主程序）

%

加工程序中，%0003橢圓子程序?yàn)榱慵喞叽纾?7002主程序在調(diào)用%0003進(jìn)行零件輪廓加工時(shí)，長(zhǎng)軸不變、短軸長(zhǎng)依次變化的橢圓簇，刀具所走的軌跡如圖2所示。圖2為加工仿真環(huán)境下的校驗(yàn)圖，其中走刀次數(shù)為25次，程序運(yùn)行共55340行，進(jìn)給走刀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，刀具在工件毛坯之外空走刀情況比較嚴(yán)重，而且是以切削進(jìn)給速度空走刀，造成加工時(shí)間耗費(fèi)大，數(shù)控機(jī)床的利用率極低。

4 宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程

根據(jù)粗車(chē)復(fù)合循環(huán)指令的特點(diǎn)，把宏程序與粗加工復(fù)合循環(huán)指令結(jié)合起來(lái)，直接用橢圓的輪廓程序作為粗加工復(fù)合循環(huán)指令中的精加工輪廓循環(huán)體。以下是采用粗加工復(fù)合循環(huán)指令G71與宏程序結(jié)合，對(duì)以上的舉例進(jìn)行編程加工分析，加工程序和說(shuō)明如下：

圖2 宏程序/子程序調(diào)用時(shí)的走刀軌跡

加工仿真環(huán)境下的校驗(yàn)圖如圖3所示，其中走刀次數(shù)為不多，程序運(yùn)行共5759行，運(yùn)行時(shí)間短。從走刀軌跡圖可知，刀具按G71指令的軌跡運(yùn)行加工過(guò)程中沒(méi)有輪廓空切削過(guò)程，加工時(shí)間明顯縮短。

圖3 宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合G71的走刀

5 兩種編程方法的對(duì)比分析

從兩種方法對(duì)非圓曲線橢圓加工的走刀軌跡對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)：

1）使用“宏程序/子程序調(diào)用的編程方法”編程時(shí)，刀具以進(jìn)給速度走刀所掃過(guò)的面積比較大；而使用“宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程方法”編程時(shí)，刀具以進(jìn)給速度走刀所掃過(guò)的面積比較小。

2）使用“宏程序/子程序調(diào)用的編程方法”編程時(shí)，刀具以進(jìn)給速度走刀空走刀的時(shí)間較長(zhǎng)；而使用“宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程方法”編程時(shí)，刀具以進(jìn)給速度走刀空走刀的時(shí)間較短。

此外，使用“宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合的編程方法”編程和加工橢圓時(shí)，宏程序語(yǔ)句少，程序運(yùn)行的總行數(shù)少（從55340行減少至5759行），進(jìn)給走刀路線短，加工時(shí)間短，刀具幾乎沒(méi)有以進(jìn)給速度空走刀的現(xiàn)象，編寫(xiě)程序不存在嵌套循環(huán)宏程序，易于程序檢查和修改。因些，使用“宏程序與粗車(chē)復(fù)合循環(huán)結(jié)合”的編程方法要比使用“宏程序/子程序調(diào)用”的編程方法更加好用、實(shí)用，在生產(chǎn)實(shí)踐中有較大的使用價(jià)值，得到廣泛的應(yīng)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

在編制各種非圓曲線輪廓零件的加工程序時(shí)，對(duì)于形狀一樣尺寸不同的系列零件，使用宏程序并合理地結(jié)合粗車(chē)復(fù)合循環(huán)指令G71、G72和G73，以最短的程序段表出加工程序，具有極好的易讀性和易修改性，編寫(xiě)出的程序簡(jiǎn)潔直觀，邏輯嚴(yán)密、修改方便，通用性強(qiáng)，同時(shí)又可減少甚至免除手工編程的煩瑣數(shù)值計(jì)算并精簡(jiǎn)程序量，提高編程與加工的效率，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工編程中。

[1] 華中數(shù)控公司, 華中世紀(jì)星車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)HNC-21/22T編程說(shuō)明書(shū), 2006.

[2] 馮志剛. 數(shù)控宏程序編程方法技巧與實(shí)例[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

[3] 顧京. 數(shù)控機(jī)床加工程序編制[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.

Macro program combined with rough cutting cycle turning non-circular curve pro fi le linqiang

LIN Qiang

TP399

B

1009-0134(2011)5(下)-0048-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).15

2011-01-27

林強(qiáng)（1970－），男，講師，學(xué)士，研究方向?yàn)橹饕獜氖聶C(jī)械設(shè)計(jì)、CAD/CAM教學(xué)與研究工作。