摘? 要：在GSK-TD數控系統(tǒng)中進行橢圓等曲線軌跡編程加工時，按機床說明書及編程說明進行宏指令編程，常規(guī)方法程序結構復雜，易出錯，走空刀多，加工時間長。為尋找一個更簡潔可靠的編程方法，文章專門對宏指令變量編程的方法進行了研究，摸索出一種宏指令調入子程序的編程方法，有效解決編程復雜的問題，提高程序可靠性，提升生產效率。

關鍵詞：宏程序;編程方法;橢圓性質;子程序

中圖分類號：TG519.1? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）02-0118-04

Abstract：In GSK-TD NC system，when programming the ellipse contour trajectory，the macroinstruction programming is carried out according to the machine tool instructions and programming instructions. The conventional method has complex program structure，easy to make mistakes，many empty tools and long processing time. In order to find a more simple and reliable programming method，the macroinstruction variable programming method is specially studied，and a programming method of macroinstruction calling into subroutine is explored，which can effectively solve the complex programming，improve the reliability of the program，and enhance the production efficiency.

Keywords：macro program;programming method;elliptic property;subroutine

0? 引? 言

手工編程是數控編程在教學過程中學生學習的重要一環(huán)，常規(guī)的G代碼指令往往不能滿足日常復雜多變的加工要求，一些復雜的曲面加工往往用宏變量編程實現。目前教科書上主要介紹數控G代碼編程，忽略了宏指令變量編程的重要性。由于宏變量編程所寫的語句復雜多樣，對于中等職業(yè)學校的學生而言，宏指令變量編程是學生編程的短板。從學生將來就業(yè)的長遠考慮，宏指令變量編程又顯得十分重要。如何掌握一個簡潔而又實用的編程方法是我們手工編程者努力開發(fā)的結果，因此宏指令變量編程方法的研究勢在必行。

1? 發(fā)現問題

由于各種專用數控機床的應用越來越普遍，控制程序加工軌跡靠數控系統(tǒng)提供的指令代碼來完成。編程指令代碼的功能格式固定，只需按規(guī)定格式編程即可。但是這些指令不能完全滿足非圓曲線加工要求，如橢圓、雙曲線等。因此在編程中常用到宏指令實現變量賦值、算術運算、邏輯判斷及條件轉移。宏指令有利于編制特殊零件（非圓曲線）的加工程序，減少手工編程時進行繁瑣的數值計算，減少加工錯誤的發(fā)生，精簡用戶編寫的程序。所以，合理發(fā)掘宏指令實現擴展數控系統(tǒng)的潛在功能，有效對特殊要求的零件進行加工。但在橢圓曲線的編程中，應用宏程序代替G73指令去編程卻遇到兩個問題：（1）程序復雜易出錯;（2）加工走空刀多，浪費時間，效率低。

為更好發(fā)掘宏指令橢圓編程的功能，本人在研究橢圓曲線的過程中，有意識地探究一些有關橢圓曲線的幾何性質，加以歸納并進行可行的研究。一方面，橢圓編程作為技能競賽題也會往這個方向上嘗試;另一方面，作為新課程的一個理念，讓學生進行一些學有余力的研究，提高學生學習數控加工的興趣，提高學生自己研究問題的能力。經過努力，總結出一種子程序編程模式的加工方法，下面作詳細分析供大家探討。

2? 基于橢圓推導公式實例分析

2.1? 橢圓性質推導公式

橢圓常常給人們帶來直觀的美學形象，在研究橢時也會很自然地想得到有關這個橢圓的美妙的性質，作為曲線編程加工的一個典型代表，對培養(yǎng)學生圖形美的認識起著相當重要的作用。

橢圓的標準方程分兩種情況，一是當焦點在X軸時，橢圓的標準方程是：x2/a2+y2/b2=1，（a>b>0）;二是當焦點在Y軸時，橢圓的標準方程是：y2/a2+x2/b2=1，（a>b>0）;其中a2-c2=b2。

在一個平面內一個動點到兩個定點的距離的和等于定長，這個動點的軌跡叫作橢圓。如果將它在直角坐標系中進行表示，上述定義中兩個定點被定義在了X軸。若將兩個定點改在Y軸，可以用相同方法求出另一個橢圓的標準方程。

在方程中，所設的較長軸稱為長軸，較短軸稱為短軸，而所設的定點稱為焦點，也叫焦距。如圖1所示，在橢圓的坐標系中，以長半軸為半徑畫一個大圓，以短半軸為半徑畫一個小圓;如果在大圓上假設一點P，連接OP，OP與小圓的交點設為A，過P、A點分別作X軸的垂線，交點為N與B，假設PO與NO相交的夾角為t。可以利用二元二次方程的性質進行計算，分析其特性會發(fā)現：cos（t）=ON/OP=x/a（即x=acos（t）），sin（t）=PN/OP=AB/OA=y/b（即y=bsin（t））。

2.2? 橢圓軌跡編程實例分析

如圖2所示，編寫180°的橢圓輪廓精加工走刀軌跡加工程序。

根據橢圓曲線方程的性質，理論上將180°的橢圓圓心角平均分成1 800等份，每份0.1°。將等分后的1 800份的各個圓心角所對應的曲線起點及終點用直線連起來，形成一個橢圓軌跡，而這軌跡就是實際的加工軌跡。編程方法為：

O1230（程序名）

G0 X100 Z100;

T0101 S800 M3;

G0 X0 Z22;

G1 Z0 F100;

G65 H01 P#200 Q0;

N1 G65 H02 P#200 Q#200 R100;

G65 H31 P#201 Q10000R#200;

G65 H04 P#202 Q#201 R2000;

G65 H32 P#203 Q20000 R#200;

G1 X#202 Z#203;

G65 H84 P1 Q180000;

G0 X100 Z100 M5;

T0100;

G0 U0 W0;

M30;

3? 宏指令G73方式編程加工方法

為進一步地用子程序方式與用G73方式去編程作對比，通過實例編程來體現。如圖3所示，所需材料45號鋼，毛坯尺寸Φ35×100 mm;選用刀具T01為30°外圓右偏尖刀，T02為切斷刀且刀寬為3 mm，以左刀尖點為對刀點;粗車橢圓、Φ14外圓及Φ34外圓，轉速為700 r/min，進給量為0.25 mm/r;精車橢圓、Φ14外圓及Φ34外圓，轉速為2 500 r/min，進給量為0.25 mm/r;切槽、倒角轉速為500 r/min，進給量為0.05 mm/r;切斷轉速為600 r/min，進給量為0.05 mm/r。

用G73固定循環(huán)指令走刀方式編寫橢圓程序，編寫方法為：

O0001（程序名）

G0 X150 Z150;

G97 G99 T0101 M8;

G65 H01 P#201 Q700;

G65 H01 P#202 Q250;

G65 H01 P#203 Q2000;

M3 S#201;

G42 G0 X36.3 Z30;

G65 H01 P#208 Q0;

N1 G65 H02 P#209 Q#208 R#203;

G50 X#209 Z30 S#201;

G65 H01 P#208 Q#209;

G0 X0;

G1 Z25 F#202;

G65 H01 P#210 Q0;

N2 G65 H02 P#211 Q#210 R1828;

G65 H31 P#212 Q34000 R#211;

G65 H32 P#213 Q25000 R#211;

G1 X#212 Z#213;

G65 H01 P#210 Q#211;

G65 H84 P2 Q#211 R155000;

G1 Z-32;

G1 X34 Z-40;

G1 Z-44;

G1 X30 Z-46;

G0 U10;

G0 Z30;

G0X#209;

G65H81P3Q#209R36000;

G65H84P1Q#209R36300;

N3G96;

G65H01P#201Q150;

G65H01P#202Q100;

G65H01P#203Q300;

G65H84P1Q#209R36300;

M0;

G40G0X150Z150;

M0;

T0202 M8 G96 G50 S2500;

G99 G0 X37 Z-45 S20 M3;

W-3;

G1 X15 F0.05;

X36;

W2;

X32 W-2;

G0 X37;

G75R0.5;

G75X3W0P1000Q0 F0.05;

G0X150;

Z150;

M30;

在程序上可以看出加工軌跡的連續(xù)性，先以零件輪廓為軌跡編寫粗加工循環(huán)，最后再以零件輪廓為軌跡編寫精加工循環(huán)，這就造成了程序的重復性和復雜性，編程容易出錯。

4? 宏指令子程序調入方式編程加工方法

宏指令G73方式編程加工復雜容易出錯，而且加工軌跡走空刀比較多，浪費大量時間，不利于批量生產。為了編程簡單化和提高加工效率，本人通過實踐，總結出宏指令調入子程序編寫橢圓循環(huán)加工更便捷實用，其編程方法為：

4.1? 宏指令的主程序

宏指令橢圓編程主程序：

O0002;

G99 G0 X150 Z150;

T0101 S800 M3;

G0 X37 Z27 M8;

G90 X35 Z-49 F0.25;

G0 X34;

G65 H1 P#200 Q500;

G65 H1 P#201 Q34000;

N1 G65 H3 P#201 Q#201 R1000;

M98 P3 F0.25;

G65 H83 P1 Q#201 R0;

G0 X150 Z150 M5;

M9;

M0;

T0101 S1000 M3;

G0 X35 Z27 M8;

G65 H1 P#200 Q0;

G65 H1 P#201 Q0;

M98 P3 F0.1;

G0 X150 Z150 M5;

M0;

T0202 S600 M3;

G0 X37 Z-48.2;

G94 X16 Z-48.2 F0.1;

G0 X36 Z-46;

G1 X32 Z-48;

X0;

G0 X100 Z100 M5;

T0100;

G0 U0 W0;

M30;

在主程序里沒有編寫零件輪廓精加工軌跡，但設置了粗加工的循環(huán)條件，只要加工時滿足了設定條件，系統(tǒng)就自動調入了O0003程序執(zhí)行加工。因此，宏指令調入子程序方式編寫的加工程序較為簡單易懂，安全可靠。

4.2? 宏指令調入的子程序編程

宏指令橢圓編程子程序：

O0003（子程序名）

G0 X#201;

G0 Z25;

G65 H1 P#202 Q0;

N2 G65 H2 P#202 Q#202 R1000;

G65 H31 P#203 Q17000 R#202;

G65 H32 P#204 Q25000 R#202;

G65 H4 P#205 Q#203 R2;

G65 H2 P#206 Q#200 R#201;

G65 H2 P#207 Q#206 R#205;

G65 H2 P#208 Q#206 R14000;

G65 H83 P3 Q#202 R163;

G1 X#207 Z#204;

G65 H84 P2 Q#202 R163;

N3 G1 X#208 Z-32;

U20 W-8;

Z-49;

G0 U2 Z27;

M99;

調入的子程序主要是以零件輪廓軌跡進行編程，粗精加工的軌跡都是調用它，達到條件就執(zhí)行。解決了加工時走空刀的問題，提高加工效率，并以判斷實現尺寸控制，精準更高。因此，使用宏指令調入子程序的加工比使宏指令G73方式的加工效果更好。

5? 結? 論

兩種不同的編程方法體現了宏程序的宏變量編程靈活多樣化，有效實現用戶宏變量的價值。從使用宏指令G73方式編程加工方法和使用宏指令調入子程序方式編程加工方法的對比，宏指令G73方式加工由一個一體化的程序完成粗精加工，其程序結構復雜多變，容易出現編程錯誤，而且由外向內平行于零件輪廓重復進行粗加工，走空刀占時間較多;而使用宏指令調入子程序方式加工是在主程序的基礎上，調入另一個描述零件輪廓軌跡的子程序進行粗精加工。每一次的調用都對零件毛坯進行有效的切削，所以加工時間較短，有利于批量生產，而程序結構上分成兩個或多個完整程序，用戶較容易管理，不易出錯。

參考文獻：

[1] 孟玲霞.數控車削編程與操作訓練 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] 茍維杰，易楠，吳健生.數控機床 [M].長沙：國防科技大學出版社，2008.

[3] 趙戰(zhàn)峰，戰(zhàn)祥樂.數控編程高級應用教程（基于德國標準） [M].北京：化學工業(yè)出版社，2015.

[4] 陳何生.數控車床編程與操作——廣數GSK980TDc車床數控系統(tǒng)：第3版[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2019.

[5] 黃麗芬.數控車床編程與操作——廣數GSK980TD車床數控系統(tǒng) [M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

作者簡介：聶志杏（1983—），男，漢族，廣東云浮人，教師，機械工藝高級實習指導教師，本科，研究方向：數控車削加工。