用宏程序在数控车床上加工抛物面的方法

第17卷　第3期茂名学院学报V ol.17　N o.3 2007年6月JOURNA L OF M AOMI NG UNI VERSITY Jun.2007
用宏程序在数控车床上加工抛物面的方法Ξ
施　维,崔　娟
(茂名学院机电工程学院,广东茂名525000)
摘要:以FANUC-0i数控系统为例,介绍在数控车床上用宏程序加工抛物面的方法以及一些注意事项,介绍用分支语句和重复语句编写加工抛物面的粗、精加工程序的技巧。

关键词:数控车床;宏程序;抛物线;分支语句;重复语句
中图分类号:TH164文献标识码:A文章编号:1671-6590(2007)03-0032-03
一般的数控系统只有直线插补和圆弧插补两种插补功能,而没有非圆二次曲线(如椭圆、抛物线、阿基米德螺旋线等)插补功能。

对于有方程式的非圆二次曲线(如椭圆、抛物线等),在加工时可用直线或圆弧拟合。

由于直线拟合计算简单,数控系统运算量小,加工速度快,所以比圆弧拟合应用广泛。

采用直线拟合时,用等间距法更简捷,用宏程序容易实现。

等间距法是使某一坐标的增量相等,然后求出曲线上相应的节点,将相邻节点连成直线,用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线进行直线插补编程。

等间距法的特点是计算简单,坐标增量的选取可大可小,选得越小则加工精度就越高,同时节点也随之增多,相应的程序也会增加。

下面以FANUC-0i数控系统为例,介绍使用宏程序车削加工抛物面的方法。

1　加工原理
使用用户宏程序时,用户把实现某种功能的一组指令像子程序一样预先存入存储器中,用一个指令代表这个存储的功能,在程序中只要指定该指令就能实现这个功能。

通常我们把这一组指令称为用户宏程序本体,简称宏程序,把代表指令称为用户宏程序调用指令,简称宏指令。

用户宏程序允许使用变量,可以给变量赋值,变量间可以进行算术和逻辑运算,这样用户就可以扩展数控系统的功能。

用户宏程序有A、B 两种功能,功能A使用起来较繁琐,这里介绍使用功能B编写程序的方法。

2　程序编写
抛物线方程为Z=-2KX2,K为焦距,以X为自变量,可求得Z。

当X值为小值时,Z增长较缓;当X值为大值时,Z增长较快,采用直线插补逼近抛物线轨迹时不够光滑。

因此,对方程两边取导数,令切线斜率为-1,这一点为分界点,X值为小值时用x作自变量,X为大值时改用Z为自变量,即X=
ZΠ(-2K)。

分界点为Z′=-4KX=-1,所以X=1Π(4K),该点即为分界点。

3　实例加工
加工图1中的抛物面,抛物线方程为Z=-X2Π10,焦距K=1Π20,分
界点为X=1Π(4K)=5,在FANUC-0i数控系统中,用宏程序编制加工程
序:
O0001(粗加工主程序)
N10 G00　X50　Z100　M03　S800　F150(转速800rΠmin,进给速度150mmΠmin)图1　抛物面
N20 T0101(93°菱形外圆车刀)
Ξ收稿日期:2007-03-12;修回日期:2007-03-29
作者简介:施维(1970—),男,广东茂名人,本科,工程师,从事机电一体化数控机床和金工实习培训教学和研究。

N30 G 00　X 24　Z 2(快速定位)
N40 #140=20(设置最大切削余量20mm )
N50 IF[#140　LT 1]G OT O90(毛坯余量小于1,则跳转到N90程序段)
N60 M98　P0002(调用子程序)
N70 #130=#130-2(每次背吃刀量双边2mm )
N80 G OT O50(跳转到N50程序段)
N90 G 00　X 100　Z 50(退刀)
N100 M30(程序停止)
O0002(子程序)
N10　#101=0(X 初值,半径值)
N20 IF[#101G T 5]G OT O70(判断是否走到分界点,是则跳到N70程序段)
N30 #102=-#1013#101Π10(Z 轴坐标)
N40 G 01X[23#101]　Z[#102-0](用直线插补拟合抛物线)
N50 #101=#101+0.1(X 轴步距,每次0.1mm )
N60 G OT O 20(跳转到N20程序段)
N70 G 01　X 5　Z -2.5(分界点)
N80 #103=-2.5(Z 初值)
N90 IF[#103LT -10]G OT O140(
判断是否走到抛物线终点,是则跳到N140程序段)
N100 #104=S QRT[-103#103](X 轴坐标,半径值)
N110
G 01　X[23#104]Z #103(用直线插补逼近抛物线)
N120 #103=#103+0.1(Z 轴步距,每次0.1mm )
N130 G OT O90(跳转到N90程序段)
N140 G 01　X 10　Z -10(抛物线终点)
N150 G 00　X 100　Z 50(退刀)
N100 M99(子程序结束)精加工程序(主程序):
…………
N200 S1200　F60(精车转速1200r Πmin ,进给60mm Πmin )
N210 #140=0(设置毛坯余量为0)
N220 M98　P0002(调用抛物线子程序)
N230 G 00　X 100　Z 80(退刀)
N240 M30(程序结束)
以上是用分支语句的无条件转移和条件转移语句编写程序的,也可以用重复语句来编写程序,只要把分支语句改成重复语句便可。

主程序中相应的语句更改为:
N50 WHI LE[#140G T 1]DO1
N80 E ND1
子程序中相应的语句更改为:N20 WHI LE[#101LT 5]DO1
N60 E ND1
N90 WHI LE[#103G T -10]DO2
N130 E ND2
由于用分支语句编程时,反向检索时间较长,因此用重复语句编程序可减少程序执行的时间。

如果加工的抛物面精度要求不是很高,可始终以X 为自变量,采用直线插补逼近抛物线;如果数控系统有G 71、G 70内、外圆粗、精加工循环指令,可用其代替调用子程序的方法来编程。

下面用局部变量(小于100)代替公用变量(大于或等于100)编程:
…………
N80 G 00　X 24　Z 2(快速定位)
N90 G 71　U1　R1(每次切深1mm ,退刀量1mm )
N100 G 71　P110　Q210　U0.5　W0.3　F150(循环从N110到N210,留精车余量X 方向0.5mm ,Z 方向0.3mm ,粗车时F150)N110 G 00　X 0　S1200(精车时S1200)
N120 G 01　Z 0
N130 #1=0(抛物线X 起点坐标)
3
3第3期 施　维等:用宏程序在数控车床上加工抛物面的方法
43茂名学院学报 2007年
N140 #2=0(抛物线Z起点坐标)
N150 WHI LE[#2LT10]DO1(判断是否走到抛物线终点)
N160 G01　X[23#1]　Z[-#2]　F60(直线插补逼近抛物线,精车时F60)
N170 #1=#1+0.1
N180 #2=#13#1Π10
N190 E ND1
N200 X20　Z-10(抛物线终点)
N210 U4(径向退刀)
N220 G70　P110　Q210(精车循环从N110到N210)
以上是采用直线拟合抛物线的方法加工抛物面的,若采用圆弧拟合抛物线的方法加工抛物面可进一步提高加工品质。

另外,X轴和Z轴步距(#101和#103)不能设置过小,否则会增加数控系统计算时间,甚至会造成加工断续的停顿现象。

4　结语
宏程序可靠性高,功能强,易掌握。

应用宏程序编程,能充分发挥数控系统的功能以及编程人员的工艺和加工经验,不必再用其他编程设备,随着数控系统编程功能的不断增强,用宏程序编程有着广泛的应用前景。

利用宏程序通用性强、方便灵活的特点设计用户宏程序可提高编程品质和速度,真正实现优化编程和加工。

[参考文献]
[1]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]袁锋.[M].北京:机械工业出版社,2005.
[3]徐守敬.数控车床加工椭圆的技术探讨[J].机械制造,2006(9):45-47.
[4]张文俊.宏程序在特殊零件加工中的应用[J].机械设计与制造,2006(2):109-110.
The Methods of Machining P araboloid on CNC Lathe by Using Macroprogram
SHI Wei,C UI Juan
(M echanical and E lectrical C ollege,M aoming University,M aoming525000,China)
Abstract:T aking FANUC-0i NC System for example,this paper introduces the methods of machining paraboloid and s ome points for atte -ntion by using macroprogram.the skills for writing rough machining and finish machining program by using branch sentences and repeated sentences are provided.
K ey w ords:C NC lathe;macroprogram;paracurve;branch sentence;repeated sentence。