丁艷

摘要：采用用戶宏程序加工二維非圓曲線輪廓，并結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)提供的坐標(biāo)平移、子程序等編程指令可以減少繁瑣的數(shù)值計(jì)算和簡(jiǎn)化編程，以復(fù)雜橢圓曲線輪廓的數(shù)控銑削加工為例，分析研究公式曲線的編程思路和自變量的確定，在FANUC系統(tǒng)中編寫(xiě)其加工程序，并利用斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件校驗(yàn)程序。

Abstract： It can reduce the tedious numerical calculation and simplify the programming by using the user macro program to process the two-dimensional non-circular curve outline and combining with the coordinate translation， subroutine and other programming instructions provided by the CNC system. Taking the NC milling of complex elliptic curve as an example， the programming idea of formula curve and the determination of independent variables are analyzed and studied. The machining program is written in FANUC system and verified by SSCNC simulation software.

關(guān)鍵詞：宏程序;非圓曲線輪廓;FANUC系統(tǒng);數(shù)控仿真

Key words： macro program;noncircular curve profile;FANUC system;numerical control simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16;TG659?????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????????????????????? ????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0119-02

0? 引言

在數(shù)控編程中通常會(huì)遇到非圓公式曲線輪廓的編程加工，而FANUC數(shù)控系統(tǒng)并沒(méi)有提供現(xiàn)成的指令來(lái)編寫(xiě)此類(lèi)零件的加工程序，因此在手工編程中，需要利用系統(tǒng)提供的宏程序指令，采用擬合的思路來(lái)完成，即在公式曲線上選取若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，再將這些節(jié)點(diǎn)用直線或者圓弧兩兩首尾相連，用若干段直線或圓弧去擬合逼近公式曲線輪廓。常用的擬合逼近方法有等間距直線法、等弦長(zhǎng)直線法、等誤差直線法和圓弧逼近法[1]。在手工編程中，一般采用等間距直線逼近法。

1? 宏程序功能

宏程序?yàn)槭止ぞ帉?xiě)公式曲線輪廓的加工程序提供可能，并使程序更加簡(jiǎn)潔、通用性更強(qiáng)。作為數(shù)控編程指令的重要補(bǔ)充，宏程序具備計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，應(yīng)用靈活、簡(jiǎn)練易懂，可以完成一般編程指令不能完成的功能，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)化編程。同時(shí)，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)還提供了坐標(biāo)系平移、旋轉(zhuǎn)、子程序等簡(jiǎn)化編程的指令，在編制各種復(fù)雜的零件加工程序時(shí)，使用簡(jiǎn)化編程的指令可以減少?gòu)?fù)雜的數(shù)值計(jì)算[2]。

2? 橢圓曲線輪廓的宏程序編制

圖1為帶橢圓輪廓的凸臺(tái)零件，凸臺(tái)高度為5mm，下面以該零件為例，說(shuō)明宏程序在數(shù)控銑削公式曲線輪廓零件中的應(yīng)用。

2.1 編程分析

選用？準(zhǔn)16立銑刀銑削零件的外輪廓，以工件上表面的中心點(diǎn)即O點(diǎn)作為編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)，外輪廓高度為5mm，采用分層銑削，每層銑削1mm，銑削5次，可將單層外輪廓的銑削編成1個(gè)子程序，在主程序中調(diào)用該子程序即可。橢圓外輪廓加工采用等間距直線逼近法，利用宏程序編寫(xiě)其加工程序。橢圓有標(biāo)準(zhǔn)方程和參數(shù)方程兩種數(shù)學(xué)公式，本例以標(biāo)準(zhǔn)方程來(lái)編寫(xiě)橢圓輪廓的加工程序。

2.2 編寫(xiě)橢圓輪廓加工程序

因編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)O與橢圓中心點(diǎn)O′不重合，需要將橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行平移才能得到實(shí)際的橢圓方程。在編寫(xiě)橢圓輪廓程序時(shí)可以先使用坐標(biāo)系平移指令，將編程坐標(biāo)系原點(diǎn)平移至O′點(diǎn)，在坐標(biāo)系X′O′Y′中，橢圓的方程則為=1。a、b、c、d四個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)可以利用CAD繪圖軟件查詢得到，分別為（-28.345，15），（-14.965，23.22），

（-10.437，-29.856），（-17.014，-37）。通常選取單調(diào)的變量作為自變量，橢圓bc段在X′軸和Y′軸上的值均不單調(diào)，橢圓程序需要分段編寫(xiě)，分段越多，程序則越長(zhǎng)。若以X′軸作為自變量，需要分成兩段編寫(xiě)，即bj段和jc段。若以Y′軸作為自變量，則需要分成三段編寫(xiě)，即bi段、ik段和kc段。

以分段少為原則，下面以X′軸作為自變量，將橢圓方程變化為。其中以#1代表X′值，#2代表Y′值，宏程序中的方程應(yīng)寫(xiě)為#2=35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]]或#2=-35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]]，正負(fù)號(hào)應(yīng)根據(jù)橢圓弧所在坐標(biāo)系X′O′Y′中的象限選擇，在第一、二象限取正號(hào)，在第三、四象限取負(fù)號(hào)。橢圓輪廓的宏程序編程步驟如下：① 給自變量X′賦初始值;② 代入橢圓公式計(jì)算Y′坐標(biāo)變量;③直線插補(bǔ)至當(dāng)前點(diǎn)（X′，Y′）;④ 自變量X′遞增或遞減一個(gè)步長(zhǎng);⑤判斷自變量X′是否出界，若沒(méi)有出界，則返回步驟②執(zhí)行，若出界，則橢圓輪廓加工完畢[3]。

編寫(xiě)橢圓輪廓的加工程序如下：

O1011;（主程序名）

T01M06;

G54G90G40G64G0Z100;

M3S1000;

M8;

X-85Y0;（下刀點(diǎn)）

Z5;

G1Z0F200;

M98P51100;（調(diào)用子程序O1100）

G0Z100;

M9;

M5;

M30;

O1100;（子程序名）

G91G1Z-1F300;（下刀2mm）

G90G41X-55F120D1;（建立刀具半徑補(bǔ)償）

Y28;

G2X-47Y40R12;

G1X-35;

G2X-23Y28R12;

G1Y15;

G3X-13Y5R10;

G52X40Y-10;（平移編程坐標(biāo)系原點(diǎn)O至O′點(diǎn)）

G1X-28.345;（切削至a點(diǎn)）

G3X-14.965Y23.22R15;（切削至b點(diǎn)）

#1=-14.965;（切削橢圓bj段，給自變量X′賦初值）

N15 #2=35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]];（代入公式計(jì)算Y′值）

G1 X#1 Y#2;（直線插補(bǔ)至當(dāng)前點(diǎn)）

#1=#1+0.3;（自變量X′增加一個(gè)步長(zhǎng)）

IF [#1 LE 20] GOTO 15;（若自變量X′沒(méi)出界，計(jì)算下一個(gè)點(diǎn)的Y′坐標(biāo)）

#1=20;（切削橢圓jc段）

N25 #2=-35*SQRT[1-#1*#1/[20*20]];

G1 X#1 Y#2;

#1=#1-0.3;

IF [#1 GE -10.437] GOTO 25;

G3X-17.014Y-27R9;（切削至d點(diǎn)）

G1X-55;（切削至e點(diǎn)）

G3X-61.207Y-29.483R9;（切削至f點(diǎn)）

G52X0Y0;（取消坐標(biāo)系平移）

G2X-55Y-25R20;

G1Y0;

G40X-85;（返回下刀點(diǎn)，并取消刀具半徑補(bǔ)償）

M99;

只需要對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和刀具半徑補(bǔ)償值作相應(yīng)的設(shè)置就可以利用該程序進(jìn)行零件的粗加工、半精加工及精加工。

3? 仿真校驗(yàn)

采用斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件仿真校驗(yàn)該零件橢圓外輪廓的加工程序。①設(shè)置毛坯尺寸為148×118×24mm。②選擇刀具。選擇立銑刀，并設(shè)置刀具半徑為16mm，完成對(duì)刀操作。③調(diào)用程序。將橢圓輪廓加工的主程序和子程序分別輸入到兩個(gè)記事本文件中并保存，再?gòu)姆抡孳浖姓{(diào)用兩個(gè)文件即可。輸入子程序名時(shí)應(yīng)注意與主程序中“M98P51100”的名字保持一致。④設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值。在仿真軟件刀補(bǔ)頁(yè)面相對(duì)應(yīng)的刀號(hào)上輸入所使用刀具的半徑補(bǔ)償值為16。⑤自動(dòng)加工。調(diào)出橢圓輪廓加工的主程序，將光標(biāo)移至程序開(kāi)始處，運(yùn)行程序，并通過(guò)手輪或者增大刀具半徑補(bǔ)償值的方式去除余量。最終仿真結(jié)果如圖2所示。凸臺(tái)輪廓與零件圖相符，說(shuō)明編程軌跡沒(méi)有問(wèn)題。但在實(shí)際加工過(guò)程中，需要注意加工參數(shù)的調(diào)整。

4? 結(jié)束語(yǔ)

編程中的曲線輪廓公式需要根據(jù)編程坐標(biāo)系和零件的尺寸進(jìn)行相應(yīng)的變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等，找到曲線的公式是編寫(xiě)宏程序的關(guān)鍵。另外，合理選擇自變量能夠簡(jiǎn)化編程，盡量選擇單調(diào)變化的變量作為自變量，若自變量不單調(diào)，曲線輪廓?jiǎng)t需要分段編程，曲線分段越多，程序則復(fù)雜。利用直線插補(bǔ)擬合的編程方法同樣適用于其他二維非圓曲線輪廓的編程加工。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓鴻鑾.FANUC數(shù)控銑床和加工中心工藝與編程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016：116-127.

[2]霍蘇萍，張?jiān)聵?宏程序在數(shù)控加工的應(yīng)用分析[J].煤礦機(jī)械，2007，28（9）：121-123.

[3]吳新淼.基于直線逼近的曲線插補(bǔ)算法研究[J].機(jī)械工程師，2015（8）：72-73.