張樺，吳長(zhǎng)有

（開(kāi)封技師學(xué)院，河南開(kāi)封475000）

基于宏程序的數(shù)控車(chē)削加工應(yīng)用

張樺，吳長(zhǎng)有

（開(kāi)封技師學(xué)院，河南開(kāi)封475000）

以橢圓曲線輪廓的零件為例，從宏程序的表達(dá)、橢圓曲線方程與坐標(biāo)變換兩個(gè)面進(jìn)行了分析，以華中HNC-21T系統(tǒng)為基礎(chǔ)，編寫(xiě)宏程序，闡述了宏程序在數(shù)控車(chē)削加工中的具體應(yīng)用。

宏程序；數(shù)控車(chē)編程；曲線方程；坐標(biāo)變換

隨著數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，越來(lái)越多的產(chǎn)品采用了非圓曲線的設(shè)計(jì)，但目前數(shù)控系統(tǒng)的編程指令對(duì)于非圓曲線不能直接編程，只有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能。若采用CAD/CAM自動(dòng)編程軟件生成數(shù)控程序，則程序段通常比較多，甚至幾千行，操作起來(lái)比較費(fèi)時(shí)，并且檢查、修改都比較困難。因此非圓曲線輪廓零件的切削加工在生產(chǎn)中通常采用宏程序來(lái)編程。本文就以橢圓曲線輪廓零件為例談?wù)労瓿绦蛟跀?shù)控車(chē)削加工中應(yīng)用。

1零件分析

圖1所示零件，此零件左端面是一個(gè)橢圓曲線回轉(zhuǎn)面，中間為階梯圓柱軸面，右端為一螺紋面。對(duì)于中間和右端的回轉(zhuǎn)面，是由直線、斜線、圓弧等要素所組成，可以采用數(shù)控系統(tǒng)的G71、G72、G73、G82等循環(huán)指令進(jìn)行編程加工。而左端的橢圓面則無(wú)法使用數(shù)控系統(tǒng)的指令直接編程，且圖紙中并未給出橢圓的方程、橢圓的中心與加工時(shí)編程坐標(biāo)系中心不重合，這些都給零件的編程加工帶來(lái)一定的難度[1]。因此，加工該零件需要解決三個(gè)問(wèn)題：宏程序指令的表達(dá)、橢圓方程及轉(zhuǎn)換、橢圓中心與編程坐標(biāo)原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。

圖1 橢圓曲線輪廓零件實(shí)例

2宏程序及指令表達(dá)

2.1 宏程序的表達(dá)與賦值

在使用宏程序編程過(guò)程中，通常是以變量作為數(shù)據(jù)進(jìn)行編程的。宏程序的變量表達(dá)為：#數(shù)字，例如：#1.還可以使用變量進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算表達(dá)，例如：#4=[#2+#3]*#1.需要注意的是，表達(dá)式中是不能出現(xiàn)小括號(hào)，只能使用中括號(hào)[3]。對(duì)自變量可以直接賦值，其格式為：變量號(hào)后用“=”直接賦值，例如：#2=6，表示將6賦值給2號(hào)變量。也可以用表達(dá)式賦值，例如：#4=[#2+#3]*#1，表示將#2的值與#3的值相加后得到的和，再乘以#1的值得到的積賦值給#4.宏程序就是利用系統(tǒng)對(duì)變量可以重新賦值的特性，計(jì)算出整個(gè)非圓曲線上若干個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，從而用若干段圓弧線或直線段來(lái)逼近理想的輪廓曲線。因此，在數(shù)控程序運(yùn)行中，編程者只需給出輪廓曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式和算法即可，而非圓曲線的擬合線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)則是由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)來(lái)完成的。

2.2 宏程序的控制指令

非圓曲線輪廓零件加工常采用控制指令有：WHILE語(yǔ)句、條件轉(zhuǎn)移IF語(yǔ)句和跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句GOTO.

（1）WHILE指令程序格式為：

WHILE條件表達(dá)式；

……；

ENDW；

當(dāng)條件式成立時(shí)，將重復(fù)執(zhí)行WHILE到ENDW之間的程序段，直到條件不滿足為止。當(dāng)條件不成立，則執(zhí)行ENDW后面的程序段。

（2）IF語(yǔ)句指定一個(gè)條件表達(dá)式，當(dāng)條件滿足時(shí)，則執(zhí)行某個(gè)程序。IF語(yǔ)句和跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句GOTO一起使用。

3橢圓方程與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

3.1 橢圓數(shù)控車(chē)削編程方程

數(shù)控車(chē)削在編制宏程序時(shí)，編程坐標(biāo)采用的是Z、X軸坐標(biāo)系，而橢圓方程數(shù)學(xué)表達(dá)是X、Y軸坐標(biāo)系，因此編寫(xiě)橢圓程序時(shí)，要將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為Z、X軸。由圖紙可知，橢圓的X向半軸為b=15mm，Z向半軸a=25 mm，則橢圓的方程為：

（1）橢圓參數(shù)方程式為：

Z=25*cosθX=15*sinθ

通常以角度為自變量，則程序表達(dá)式為：

#3=25*[#1]#2=15*[#1]

式中：#1表示角度θ；#2表示X軸坐標(biāo)值（X為半徑值）；#3表示Z軸坐標(biāo)值。

（2）橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程式為：

1）若以X為自變量時(shí)，橢圓曲線上各點(diǎn)的Z坐標(biāo)值表達(dá)式為：

則編程時(shí)的表達(dá)式可以寫(xiě)成：

#2=25*SQRT[15*15-#1*#1]/15

式中：#1表示X軸坐標(biāo)值；#2表示Z軸坐標(biāo)值；

2）若以Z為自變量時(shí)，橢圓曲線上各點(diǎn)X的坐標(biāo)值表達(dá)式為：

則編程時(shí)的表達(dá)式可以寫(xiě)成：

式中：#1表示X軸坐標(biāo)值；#2表示Z軸坐標(biāo)值；

3.2 橢圓中心與編程坐標(biāo)原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換

數(shù)控車(chē)削零件的時(shí)候，編程坐標(biāo)系原點(diǎn)往往與曲線中心不重合，因此，必須對(duì)橢圓輪廓曲線上的坐標(biāo)值進(jìn)行編程轉(zhuǎn)換。通過(guò)計(jì)算橢圓的中心在編程坐標(biāo)系中的位置，確定編程坐標(biāo)值與數(shù)學(xué)坐標(biāo)值之間的關(guān)系[2]，為敘述方便，設(shè)定：

X（Z）——數(shù)控車(chē)削編程坐標(biāo)值。

X’（Z’）——橢圓數(shù)學(xué)坐標(biāo)值。

X0’（Z0’）——橢圓數(shù)學(xué)坐標(biāo)系原點(diǎn)在編程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。

則編程坐標(biāo)值與數(shù)學(xué)坐標(biāo)值的關(guān)系為：

由圖1可知，橢圓中心在編程坐標(biāo)值為：

4宏程序在數(shù)控車(chē)削加工中的應(yīng)用

4.1 編制非圓曲線宏程序的步驟

（1）確定自變量。選擇自變量時(shí)，通常首先選擇已知變化范圍的變量作為自變量，已知變量比較多時(shí)，再考慮已知變化范圍的大小，選擇范圍較大的變量作為自變量。分析零件圖形，確定Z為自變量，X為因變量。

（2）設(shè)置自變量的起止點(diǎn)坐標(biāo)值，橢圓曲線Z向起點(diǎn)坐標(biāo)為0，終點(diǎn)坐標(biāo)為-25.

（3）調(diào)用循環(huán)語(yǔ)句。根據(jù)已知條件選擇相應(yīng)的循環(huán)指令及循環(huán)條件。采用WHILE語(yǔ)句，宏程序的循環(huán)條件是Z≥-25，即#1GE-25.

（4）依據(jù)函數(shù)關(guān)系，確定因變量與自變量的表達(dá)式，則表達(dá)式為：

式中：#1表示Z軸坐標(biāo)值；#2表示X軸坐標(biāo)值；

（5）確定非圓曲線上各點(diǎn)的編程坐標(biāo)值。

（6）采用G01指令，即用直線段擬合橢圓曲線的軌跡。

（7）確定自變量的變化規(guī)律。自變量可以遞增，也可以遞減。遞增或遞減的變化量的大小影響加工精度。零件中確定Z（#1）為自變量。賦初值：#1=0，因其終點(diǎn)值為-25，所以自變量采用遞減變化，即#1= #1-0.1.

4.2 編制宏程序的結(jié)構(gòu)流程圖

編制結(jié)構(gòu)流程框圖如圖2所示。

圖2 編制結(jié)構(gòu)流程框圖

4.3 橢圓曲線輪廓零件參考程序（部分精加工程序）

N05 O100；（程序名車(chē)削左端）

N10 T0202；

N15M03 S600；

N20 G00 G99 X43.0 Z2.0；

……

……

N100 X-2.0 S1000；

N105 Z1.0；

N110 G02 X0 Z0 R1.0 F0.08；

N115#1=0.0；（橢圓曲線Z的起點(diǎn)坐標(biāo)值）

N120 WHILE#1GE-25.0；（循環(huán)開(kāi)始及循環(huán)條件）

N125#2=15.0*SQRT[25*25-#1*#1]/25.0；（橢圓曲線Z與X的關(guān)系表達(dá)式）

N130#3=2*#2；（橢圓曲線精加工的X坐標(biāo)值）

N135#4=[#1-25.0]；（橢圓曲線精加工Z的坐標(biāo)值）

N140 G01 X#3 Z#4；（直線段擬合橢圓曲線加工）

N145#1=#1-0.1；（自變量Z每次步進(jìn)量0.1）

N150 ENDW；（循環(huán)結(jié)束）

N155 G01 X40.0 C-1.0；

N160 Z-40.0；

N170 G00 X100.0；（刀具退至換刀點(diǎn)）

N175 Z100.0；

N180M30；（程序結(jié)束）

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)非圓曲線輪廓零件的數(shù)控車(chē)削宏程序編程的分析，使用宏程序在編程中有特別的優(yōu)勢(shì)，但編程人員不僅要掌握編程的指令，還要熟悉非圓輪廓曲線的方程式及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并要準(zhǔn)確的寫(xiě)出表達(dá)式，才能正確編寫(xiě)和使用宏程序，從而提高零件的加工效率和質(zhì)量。

[1]吳長(zhǎng)有，張樺.數(shù)控車(chē)床加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]吳長(zhǎng)有.橢圓曲線輪廓零件的數(shù)控車(chē)削加工[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2014，（02）：60-65.

[3]謝洪.基于宏程序的曲線輥軸的數(shù)控加工[J].制造裝備技術(shù)，2014，（05）：20-25.

App lication of NC Turning Based on Macro Program

ZHANG Hua，WU Chang-you
（Kaifeng Technician College，Kaifeng Henan 475000，China）

In this paper，taking the part of the elliptic curve profile as an example，the expression of the macro program，the elliptic curve equation and the coordinate transformation are analyzed in two aspects.On the basis of HNC-21T system，the macro program is compiled，and the application of macro program in NC machining is described.

macro program；CNC programming；Curve equation；coordinate transformation

TG519.1

B

1672-545X（2016）12-0170-03

2016-09-03

張樺（1971-）女，河南開(kāi)封人，本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)師，主要從事數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)與研究。