数控车椭圆宏程序的编制

数控车椭圆宏程序的编制

摘要：数控加工非圆曲线构成的回转体时，常规的插补指令已无能为力，除了使用相关软件自动编程外，还可采用宏程序

来编制程序，加工零件。本文以FANUCOi－TC系统为例，

介绍了宏程序的基本知识，并用简单易懂的方式详细阐述

了数控车椭圆时的宏程序编制方法。

关键词：数控车椭圆宏程序

数控车床加工对象是回转面，对于规则曲线所组成的圆柱面、圆锥面、圆弧面、球面等的加工，只要使用普通程序利用直线插补或圆弧插补指令即可完成。但对于非圆曲线（椭圆、抛物线、双曲线）构成的回转体时，手工常规编程通常就无能为力，当采用软件自动编程又受设备和条件的限制时，则可以通过编制宏程序来实现产品的加工。宏程序采用小段直线或者小段圆弧逼近的方法，只要拟合步距足够小，就能加工出标准的非圆曲线。

用户宏程序就是在程序本体中，能使用变量，可以给变量赋值，变量间可以运算，语句间可以跳转的程序。编制宏程序的加工原理是将数学中的标准曲线方程，转化为编程用方程，利用数控系统的宏程序功能，采用直线逼近法，在Z向或X向以一个适合的步距进行分段，，并把Z或X作为自变量，X作为Z或Z作为X的函数来进行处理，算出曲线上的坐标点值，然后驱动刀具沿着这些计算点一步步移动就能拟合加工出非圆曲线轮廓。

下面以FANUCOi－TC系统加工椭圆为例对宏程序的编制进行介绍。

一、宏程序参数简介

宏程序可以让用户利用数控系统提供的变量、数学运算、逻辑判断和程序循环等功能，来实现一些特殊的用法，从而使得编制同样的加工程序更加简便。

1.变量

使用用户宏程序时，数值可以直接指定或用变量指定。当用变量时，变量值可用程序或用MDI面板上的操作改变。如：#1=#2+1或G01 X#1 F0.2。

(1)变量的表示及类型。变量用变量符号“#” 和后面的变量号指定。例如：

#1、#2等。表达式可以用于指定变量号。

(2)变量的运算

1)变量常用算术、逻辑运算和运算符。运算符右边的表达式可包含常量，或由函数或运算符组成的变量。表达式中的变量“#j”和“#k”可以用常数赋值。左边的变量也可以用表达式赋值。

2)运算符的优先级。按照优先级的先后顺序依次是：函数→乘和除运算 (* 、/、AND、MOD)→加和减运算(+、-、OR、XOR)。

3)括号嵌套。括号用于改变运算优先级。括号最多可以嵌套使用5级，包括函数内部使用的括号。

2.功能语句

循环(WHILE)语句

在WHILE后指定一条件表达式，当条件满足时，执行DO到END之间的程序(然后返回到WHILE重新判断条件)，不满足则执行END后的下一程序段。

格式为：WHILE[条件式]DOm;(m=1，2，3循环执行范围的识别号，)

…

…

END m;

其中m只能是1、2 和3，否则系统报警。DO——END循环能够按需要使用多次，即循环嵌套。

二、实例分析

椭圆标准方程有两种，一种是极坐标方程，一种是直角坐标方程。在编制宏程序前应根据给定零件图中的标注来选择方程（具体见实例）。先确定椭圆的标准方程，然后转化为编程用方程，把标准方程中的X用Z代替，而Y在编程方程中就变成了X（因为普通数控车床坐标系中不用Y坐标）。

如图1所示零件，该零件编程时以椭圆右端中心A 点作为编程原点，由于加工的椭圆极角θ 为90°，所以可以将椭圆极角设为自变量，当椭圆极角从A点(0°)逐渐增加到B点(90°)时，根据椭圆极坐标参数方程求得椭圆AB段上每个点所对应的短轴值和长轴值，然后再算出椭圆AB段上每个点在工件坐标系中所对应的X值和Z值，从而加工出椭圆。编程中采用循环(WHILE)语句。

１.确定极坐标方程

式中：a为x向椭圆半轴长

b为z向椭圆半轴长

θ为椭圆上某点的圆心角，零角度在z轴正向

2．根据坐标方程确定自变量及编程方程

设#1为角度自变量，#2、#3分别为X方向和Z方向的应变量可得以下方程 #2=42*SIN[#1]

#3=30*COS[#1]

3．程序编制

G97 G99

T0101

M03 S1000

G00 X55 Z5 (循环起刀点)

G73U25R12(加工余量与走刀次数粗加工每刀2mm)

G73P1Q2U0.5W0F0.15(循环的程序号与加工余量及进给量)

N1G1X0F0.1（循环的起始程序号）

Z0

#1=0 （将椭圆极角设为自变量，赋初值为0°）

WHILE[#1LE90]DO1(判断句，当#1≤90顺序执行，否则跳至END1下面语句)

#2=42*SIN[#1] （参数方程中椭圆X方向短轴值（直径））

#3=30*COS[#1] 参数方程中椭圆长轴值

#4=#3-30（椭圆圆心与编程原点O在Z方向的偏移值)

G01 X[#2] Z[#4] F0.1 （加工椭圆）

#1=#1+1 （自变量椭圆极角每次增量为1°）

END1

G1Z-35（走B点向右一小段）

N2X55（循环结束）

G00 X100 Z100（退刀至安全位置）

M05

M30

图2所示零件，该零件编程时以其右端中心O点作为编程原点，此例如用椭圆极坐标方程，则要分别计算出A和B点处的椭圆极角，很麻烦。从零件图给出的尺寸可知 A 点对应的椭圆长轴值为7mm，B 点对应的椭圆长值为11.93 mm （18.93-7=11.93)，因此我们可以将椭圆长轴设为自变量，数值由A 点的7mm逐渐减少到B 点的-11.93mm，然后根据椭圆直角坐标标准方程，求得所对应的短轴变化值，最后再算出椭圆AB 段每个点在工件坐标系中对应的X 值和Z值，从而加工出该零件的椭圆部分。编程中采用循环(WHILE)语句。

1．确定直角坐标方程

式中：a为x向椭圆半轴长

b为z向椭圆半轴长

2．根据坐标方程确定自变量及编程方程

设#1为z方向自变量，#2为X方向的应变量，可得以下方程

#2=12/16*SQRT[16*16-#1*#1]

3．程序编制

G97 G99

T0101