宏程序在椭圆曲线加工中的应用

宏程序在椭圆曲线加工中的应用
摘要：在机械产品加工中，我们常常会遇到椭圆曲线的加工，而在我们的数控机床上并没有类似于圆弧插补的椭圆插补指令。

椭圆形零件广泛应用于机械工业，本文制定着重于研究椭圆曲线加工的编程，并进一步优化程序。

关键词：宏程序 椭圆曲线 插补 数控车床
由于目前的数控系统椭圆曲线插补指令，所以对于椭圆曲线的车削加工只能利用数学处理的方法来加工椭圆曲线。

通常有多段圆弧拟合法和小线段拟合法。

圆弧拟合法精度不是很高，只适合加工精度要求一般的椭圆曲线。

小线段拟合法是采用直线插补的方法。

在数控车床上加工非圆曲线的零件是企业生产及数控大赛经常涉及到的。

如下图所示，为一典型的椭圆零件, 编程加工时可采用“四心法”和“直线逼近法”。

四心法计算编程加工精度低。

目前数控系统都还没有提供完善的非圆曲线插补功能。

数控加工程序编制的关键是刀具相对于工件运动轨迹的计算，即计算加工轮廓的基点和节点坐标或刀具中心的基点和节点坐标。

用数学计算的方法求逼近直线或圆弧轮廓曲线的交点和切点的坐标。

在宏程序形式中，一般都提供循环判断分支和子程序调用的方法，可编制各种复杂的零件加工程序。

熟练应用宏程序指令进行编程，可大大精简程序量，还可以增强机床的加工适应能力。

1、椭圆加工实例如右图。

该椭圆的参数方程： X=40*COS θ，y=25*sin θ，其中，X 表示椭圆长轴值;Y 表示椭圆短轴值;θ表示椭圆极角。

其加工程序为：
G97 G99 T0101 M03 S1000 G00 X65 Z5 #1=0 将椭圆极角设为自变量，赋值为0° N10 #2=25*SIN[#1] 参数方程中椭圆短轴值 #3=40*COS[#1] 参数方程中椭圆长轴值 #4=#2*2 椭圆OA 段上各点在工件坐标系中X 坐标值，*2为直径值 #5=#3-40 椭圆O A 段上各点 在工件坐标系
中Z 坐标值 #3-40=-(40-#3)
G01 X#4 Z#5 F0.1 加工椭圆
#1=#1+0.1 自变量椭圆极角每次 增量为0.1°
IF [#1LE90] GOTO10 如果#1小于且等于90°，则返回到N10程序段不 满足则执行下一程序段
X65
G00 X100 Z100
M05
M30 椭圆关于中心、坐标轴都是对称的，坐标轴是对称
轴，原点是对称中心。

对称中心叫做椭圆中心。

椭圆和X
轴有2两个交点，和Y 轴有两个交点，这四个交点叫做椭
圆顶点。

椭圆标准方程：x2/a2 + y2/b2 = 1 ( a 为长半
轴，b 为短半轴，a > b > 0 ) 椭圆参数方程：x=a*cosM
y=b*sinM (a 为长半轴，b 为短半轴，a>b> 0 ，M 是离
心角，是椭圆上任意一点到椭圆中心连线与X 正半轴所成
的夹角，顺时针为负，逆时针为正。

)在FANUC-Oi 系统的
固定循环指令中，毛坯切削循环G71指令内轮廓削循环
G73指令内部可以使用宏程序进行编程。

椭圆曲线由抛物线方程Z=-X2/10得X=10 ,故直线段起点X 坐标值XA=20。

由椭圆方程:12222=+b Z a X ,得出221b Z a X -=，并且X 为半径值。

椭圆中心在如图编程坐标系中的坐(40,-35)。

2、用仿形车削循环指令G73编程,部分加工程序如下：
… G73 U20 R15 G73 P10 Q20 U0.5; N10 G0 X0; G1 Z0;
#1=0 (赋抛物线Z 轴起
始值)
N11 #2=2*SQRT ［-10*#1 ］； G1 X#2 Z ［#1-40 ］； #1=#1-0.5； IF ［#1GE-10］GOTO11； G1 X30 W-5；
椭圆方程x 2/82+z 2/162=1
抛物线z=-x 2/10
W-7.5；
#3=12.5; (赋椭圆Z轴初始值)
N12 #4=8*SQRT ［1-#3*#3/256］;
G1 X［40-#4*2］Z［#3-35］;
#3=#3-0.5;
IF［#3GE-12.5］GOTO12;
G1 Z-55;
X40
N20 Z-65;
G00 X100 Z100;
…
3、子程序调用M99 M98指令编程
…
G0 X42 Z2;
#100=40;
N30 M98 P0011;
#100=#100-2;
IF［#100GE0.5］GOTO30;
S1000F0.1 T0101;
#100=0;
M98 P0011;
…
O0011; ( 子程序)
#1=0 (赋抛物线Z轴初始
值);
N11 #2=2*SQRT［-10*#1 ］
+#100;
G1 X#2 Z#1;
#1=#1-0.5;
IF［#1GE-10］GOTO11;
G1 U10 W-5;
W-7.5;
#3=12.5; (赋椭圆Z轴初
始值)
N12..#4=40-16*SQRT
［1-#3*#3/256］+#100;
G1 X#4 Z［#3-35］;
#3=#3-0.5;
IF［#3GE-12.5］GOTO12;
G1 W-7.5;
U10
N20 W-10;
G00 U2 Z2;
U-2;
M99;
综上所述用仿形切削循环G73指令编写宏指令时，可以在精车程序中给变量赋值、进行数学运算、条件转移等，编写时更直观、简便，精简了程序内容，大大提高了编程效率。

在程序编制过程中，当遇见许多形状相同或相近的，但尺寸不同的零件结构特征，每次都重新编制程序就很繁琐，这时可以使用变量、算术和逻辑运算及条件转移指令在子程序中体现零件的走刀过程。

充分体现留了子程序调用的优势。

总结以上所述，编写宏指令程序，当零件的图形没有相同的地方，用仿形切削循环G73指令编写更快捷、简便。

当然子程序调用指令M98、M99也有它的优势。

在现今的数控系统中，无论硬件数控系统，还是软件数控系统，其插补的基本原理是相同的，只是实现插补运算的方法有所区别。

常见的是直线插补和圆弧擂补，没有椭圆插补，手工常规编程无法编制出椭圆加工程序，常需要用电脑逐一编程，但这有时受设备和条件的限制。

这时可以采用拟合计算，用宏程序方式，手工编程即可实现，简捷高效，并且不受条件的限制。

参考文献：
［1］周劲松.巧用宏程序解决复杂零件的数控加工编程问题现代制造工程.2005
［2］顾力平.《数控机床编程与操作（数控车床分册）》. 中国劳动社会保障出版社.2005
［3］谢晓红.《数控车削编程与加工技术》. 电子工业出版社.2008
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