丁剛強(qiáng)

(柳州五菱汽車工業(yè)有限公司 制造工程部，廣西 柳州 545007)

隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代產(chǎn)品的更新?lián)Q代特別頻繁，逐步朝小型化、大功率、復(fù)雜化、高精度方向發(fā)展。在機(jī)械制造業(yè)中，具有非圓弧曲線（橢圓、雙曲線、拋物線、一般二次曲線和阿基米德螺旋線等曲線）結(jié)構(gòu)形狀的零件，應(yīng)用也日趨廣泛，如繼電器觸點(diǎn)的鉚頭、微波天線，波導(dǎo)元件、模具型芯、汽車觀后鏡、汽車車燈等零件，這些零件往往是較難加工的。

應(yīng)用傳統(tǒng)的靠模加工法柔性差，不能滿足這類產(chǎn)品多樣化、更新?lián)Q代快的要求。只有采用柔性好、加工精度高的數(shù)控加工方法，才能滿足市場的要求。一般情況下，數(shù)控機(jī)床只有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的功能，對(duì)于非圓弧曲線輪廓的加工將無能為力。利用用戶宏程序，以無限小的直線段或圓弧段來逼近零件輪廓，就能完成非圓弧曲線的加工。

1 非圓弧曲線的編程原理的分析

在普通數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，只有直線插補(bǔ)的G1 指令和圓弧插補(bǔ)的G2/G3 指令，因此，僅用上述3個(gè)G指令，將難以完成諸如橢圓、拋物線、漸開線以及螺旋線等這些非圓弧曲線的加工；一般采用小直線段或小圓弧段來逼近零件輪廓，只有將零件的輪廓加工誤差控制在允許的公差范圍內(nèi)即可，見圖1所示。

圖1 非圓弧曲線零件輪廓的“逼近”加工

一般情況下，借助CAD/CAM 軟件，如UG、PRO/E 等，先在CAD 環(huán)境下畫出具有非圓弧曲線結(jié)構(gòu)的零件，然后在CAM 環(huán)境下生成數(shù)控加工程序，即可完成非圓弧曲線輪廓的加工。但這種編程方法缺點(diǎn)，是生成的程序占用空間大，特別是加工高精度的非圓弧曲線輪廓，因而對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求較高。

數(shù)控系統(tǒng)的用戶宏程序功能，其實(shí)質(zhì)就是允許用戶設(shè)定一自變量，其他參數(shù)隨自變量變化而變化，進(jìn)行參數(shù)化編程，當(dāng)滿足條件時(shí)，執(zhí)行循環(huán)加工程序；不滿足條件時(shí)，退出循環(huán)結(jié)束程序。其特點(diǎn)是能進(jìn)行重復(fù)性執(zhí)行程序，且程序段數(shù)少。因此，利用數(shù)控宏程序編寫非圓弧曲線輪廓程序，既能用無限逼近之方法加工非圓弧曲線輪廓，又可避免因采用CAD/CAM軟件出程序占用內(nèi)存空間大的缺點(diǎn)。

2 利用宏程序編制加工非圓弧曲線

在普通數(shù)控程序編制中，只能使用常量，一個(gè)程序通常只能描述一個(gè)幾何形狀，缺乏靈活性和適應(yīng)性。宏程序的主體，是由變量的定義、賦值、運(yùn)算、轉(zhuǎn)移、循環(huán)、判斷能及報(bào)警、計(jì)時(shí)、運(yùn)動(dòng)指令等組成，并以一定的格式寫成的程序。用戶宏程序指令功能，是由用戶根據(jù)各自的需要編制出宏指令，并以子程序形式裝入存儲(chǔ)器，以便用戶隨時(shí)通過簡單的操作，就能將其調(diào)入數(shù)控指令主程序中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的輪廓加工，我們從以下兩個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析。

2.1 利用宏程序編制橢圓加工程序

以石油壓裂車上的一個(gè)零件為例（如圖2所示），編制在數(shù)控銑床上加工輪廓呈橢圓的宏程序。

圖2 石油壓裂車上橢圓零件圖

其標(biāo)準(zhǔn)方程為

其參數(shù)方程為

將圓心角的增量設(shè)為Δθ=1°，初始參數(shù)θ=0°，在FANUC 0I-MATE 數(shù)控系統(tǒng)中，編制宏程序如下：

2.2 利用宏程序編制拋物線加工程序

以汽車前燈的反射罩為例，如圖3所示，編制在數(shù)控銑床上加工旋轉(zhuǎn)拋物體的宏程序。

圖3 汽車前燈的反射罩曲面圖

經(jīng)坐標(biāo)變換后的方程為

根據(jù)需要的變量，設(shè)定相應(yīng)的地址碼，其含義見表1。

表1 變量地址碼含義表

在FANUC 0I-MATE 數(shù)控系統(tǒng)中，編制宏程序如下：

3 結(jié)束語

由此可見，借宏程序指令編制非圓弧曲線輪廓的加工程序，首先必須確定描述該曲線的函數(shù)關(guān)系，然后通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)化建立數(shù)學(xué)模型，選擇數(shù)控系統(tǒng)提供的變量，編制宏程序。其解決了利用CAD/CAM方法編制非圓曲線零件程序所帶來的程序量大的弊端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非圓弧曲線復(fù)雜零件的高精度加工，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，甚至一些按規(guī)律排列的多工位工件加工均可用宏程序指令簡便實(shí)現(xiàn)。

[1]姜 海，王明旭，田春艷.宏指令編程在函數(shù)方程曲線加工中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2002，（5）：P158～P161。

[2]滕 汶.數(shù)控編程中用戶宏程序應(yīng)用[J].機(jī)械工人（冷加工），2003，（11）：73.

[3]日本法那科數(shù)控系統(tǒng)FANUC 0I-MATE 編程說明書[K].北京：北京法那科數(shù)控公司，2004.