数控车床宏程序案例上课讲义

数控车床宏程序案例
由浅入深宏程序数控车床旋转正弦函数宏程序
正弦函数曲线旋转宏程序
坐标点旋转1
s = x cos(b) – y sin(b)
t = x sin(b) + y cos(b)
根据下图，原来的点（#1，#2），旋转后的点（#4，#5），则公式：
#4=#1*COS[b]- #2*SIN[b]
#5=#1*SIN[b]+ #2*COS[b]
公式中角度b，逆时针为正，顺时针为负。

下图中正弦曲线如果以其左边的端点为参考原点，则此条正弦曲线顺时针旋转了16度，即b=-16
正弦函数旋转图纸1
此正弦曲线周期为24，对应直角坐标系的360
对应关系【0,360】 y=sin（x）
【0,24】 y=sin(360*x/24)
可理解为：
360/24是单位数值对应的角度
360*x/24是当变量在【0,24】范围取值为x时对应的角度sin(360*x/24)是当角度为360*x/24时的正弦函数值
旋转正弦函数曲线粗精加工程序如下：
T0101
M3S800
G0X52Z5
#6=26 工件毛坯假设为50mm，#6为每层切削时向+X的偏移量。

N5 G0X[#6+18.539]
G1Z0F0.1
#1=48
N10 #2=sin【360*#1/24】
#4=#1*COS[-16]- #2*SIN[-16] 旋转30度之后对应的坐标值
#5=#1*SIN[-16]+ #2*COS[-16]
#7=#4-【50-3.875】坐标平移后的坐标。

#8=45+2*#5+#6
G1X[#8]Z[#7]F0.1 沿小段直线插补加工
#1=#1-0.5 递减0.5，此值越小，工件表面越光滑。

IF [#1 GE 0] GOTO 10 条件判断是否到达终点。

Z-50
G1X52 直线插补切到工件外圆之外
G0Z5
#6=#6-2
IF [#6 GE 0] GOTO 5
G0X150Z150
M5
M30
镂空立方体宏程序范例
镂空立方体图纸及宏程序范例
此零件六个面加工内容相同，在加工时，调面装夹时要注意考虑夹紧力。

对于每个面的加工，可以用一个宏程序进行编制。

宏程序编程时，即有深度方向的变化，也有半径的变化，是一种典型的宏程序。

可以先用自己的思路编制一下，图后附有参考程序。

图片1
图片2
G64G40G90G54G0X0Y0Z100
G0Z5
#1=-2.75 (分四层切削，共11mm深)
#2=25 （第一层，最大一个沉孔直径为25mm，其次为20、15、10）N10 G1Z[#1]F30
G1G41X[#2]D01F200
G3 I[-#2]R[#2]
G1G40X0
#1=#1-2.75
#2=#2-5
IF [#1 GE -11] GOTO 10
G0Z100
M5
M30
点评：程序中有两个变量，但只用一个循环就可以了。

因为两个方向的变化都分别是等值递减的，所以把其中一个直接放到另一个循环里做好递减就可以了。

车削“斜椭圆”的宏程序
•本文分析了斜椭圆的数控车床加工问题，通过旋转转换方程确定了斜椭圆的参数方程，编制出(包含宏程序的)实际加工程序。

随着数控技术不断进步，数控车床加工中各种复杂型面也日渐增多，如椭圆、抛物线、正弦曲线、余弦曲线和双曲线等各种非圆曲面。

对于上述各种复杂成形面，利用CA M软件进行自动编程相对简单，但由于种种原因，在绝大数情况下数控车床主要还是依靠手工编程。

目前在数控车床上加工正椭圆已不是难事，一些学者进行过这方面的研究并发表了相关论文。

但对斜椭圆零件的加工方面研究较少，主要原因为：①机床数控系统本身既不存在加工椭圆等非圆曲线的G指令，更没有类似数控铣床用G68这样的旋转指令，使编程难度大大增加;②加工中变量的参数直接影响着加工的效率以及质量，很容易产生过切报警，即使程序正确无误，实际加工时参数调整也非常困难，直接影响加工能否顺利进行，以及加工精度能否保证。

对于如图1所示的斜椭圆零件，笔者在配置华中世纪星车床数控系统(HNC-21/22T)的数控车床上加工成形，加工出的零件如图2所示。

1.相关数学计算
已知：椭圆方程：a2b2(见图1)，椭圆上任一点A 点坐标(Z,X):(acosα ,bsinα )，则：。

若椭圆绕圆心旋转θ (见图3)，则根据旋转公式，求出A 点在工件坐标系(Z0X 坐标系)中的坐标为：
A点：Z：acosαcosθ-bsinαsinθ;
X ：acosα sinθ +bsinα cosθ。

注意：椭圆顺时针旋转时，公式中的θ角取负值;逆时针旋转时，θ 角取正值。

2.程序格式
(1)如图3和图4所示，编程原点为右端面与轴线的交点。

(2)程序为HNC—21T系统格式。

%1234 (程序名) M3S600T0101
G42G00X Z (快速点定位)
#12=起始角(α)(椭圆轮廓起始点的参数角)
WHILE[#12]LE终点角 (若为凹椭圆轮廓，则应为WHILE[#12]GE负终点角)
#13=a*COS[#12*PI/180]*COS[θ]- b*SIN[#12*PI/180]*SIN[θ] (椭圆上任一点 Z坐标值) #14=a*COS[#12*PI/180]*SIN[θ]+b* SIN[#12*PI/180]*COS[θ] (椭圆上任一点 X坐标值) G01 X[2*#14+U]Z[#13+W]F60 (直线插补椭圆，U、W为椭圆圆心在编程坐标系下
的坐标，即椭圆平移后需要进行坐标转换，请注意平移方向，以便确定U、W 的正负)。

#12=#12+0.5 (若为凹椭圆轮廓，则应为#12=#12-0.5)
G40G00X100Z100M05
M30
3.编程实例
实例如图1所示。

(1)计算起始参数角
根据公式：
可以得到：起始参数角=21.4º。

(2)计算终点参数角
根据公式：，得到：终点参数角=97º。

(3)参考程序如下(HNC-21T数控系统)。

使用数控车床切削零件图如图1所示，毛坯材料为45钢，直径50mm，长度为65m m，椭圆的长半轴和短轴分别为25mm和15mm，旋转角度20º(1号刀为粗车35º尖刀，2号刀为精车35º尖刀，3号刀为切断刀)。

%2
M3S600T0101
G42G00X55Z2
G71 U2 R0.5 P1 Q2 X0.5 Z0.01
F120
G0X100Z100
M3S1500T0202
G0X55Z2
N1 G0 X26.209
G01Z0 F60
#12=21.4
WHILE[#12]LE97
#13=25*COS[#12*PI/180]*COS[20
]-15*SIN[#12*PI/180]*SIN[20]
#14=25*COS[#12*PI/180]*SIN[20]
+15*SIN[#12*PI/180]*COS[20] G01 X[2*#14]Z[#13-20]F60 #12=#12+0.5
ENDW
G02X35.022Z-35R5
G1X48C1
Z-44
X44Z-46
Z-50
N2X50
G00X100Z100M5
M0
M3S700T0303
G00X50Z-45
G01X1F40
G00X50
X100Z100
M30
4.程序中变量的确定与注意事项
旋转椭圆程序变量的赋值是一个重要环节，因为宏程序是利用许多段微小的直线来逼近轮廓的，取值大，轮廓表面的逼近误差也大。

在加工中，变量的赋值可以按粗车和精车来取值。

粗加工程序变量的取值应根据预留加工余量的大小来确定，在保证加工不过切的前提下，我们可以选择较大的程序变量，但是也不能过大，变量过大会使精加工余量不均匀或形成过切;精加工时我们主要是保证工件的质量，为使工件的几何形状达到要求，需要减少拟合的误差，因此我们应该选择一个较小的程序变量。

5.结语
通过实际加工生产，上述措施能很好地解决加工中程序编制，保证工件的形状几何精度，解决加工出现的各种问题，减少加工时间，提高加工效率。

利用宏程序编制数控车床斜椭圆程序
编程计算题：请利用宏程序或子程序编制粗、精加工程序答案：提示：如果采用三角函数计算椭圆起点和终点，会造成一定的计算误差。

所以应该采用坐标系的平移和角度变换进行计算。

已知AB=20AOB=30 求出AOB=AB/AO AO=40 所以椭圆长轴为40短轴为30 在xoy坐标系
编程计算题：请利用宏程序或子程序编制粗、精加工程序
答案：
提示：如果采用三角函数计算椭圆起点和终点，会造成一定的计算误差。

所以应该采用坐标系的平移和角度变换进行计算。

已知AB=20 ∠AOB=30
求出∠AOB=AB/AO
AO=40
所以椭圆长轴为40短轴为30
在xoy坐标系中求出起点与终点
起点x=37.7 y=10
在XOY坐标系求椭圆起点：X=xCOS30+ySIN30
X=37.7*COS30+10*SIN30
X=37.649
将x=-10 y=28.55代入公式求出椭圆终点：
X=x COS30+y SIN30
X=5.6125
将计算出的起点和终点值带入公式X=A*COSα求出起点和终点的角度值：起点：37.649=40COSα
COSα=0.941225
∠α=-19.741
终点：5.6125=40*COSα
COSα=0.1403125
∠α=81.93
参考加工程序为：（西门子802D）G40G64
T1D1
M3S1200
G0X100Z2
R1=10
N1 G1X=R1+60 Z0
Z-12.3
R2=-19.741
N2 R3=40*COS〈R2〉
R4=30*SIN〈R2〉
R5=R3*COS〈30〉-R4*SIN〈30〉
R6=R3*SIN〈30〉-R4*COS〈30〉
G1X=R1+40+2*R6 Z=R5-50
R2=R2+1
IF R2〈=81.93 GOTOB N2
G1X=R1+97.1 Z=-60
Z-110
G0X150
Z2
R1=R1-2
IF R1〉=0 GOTOB N1
G0X100
Z150
M5
M2
车床椭圆宏程序粗精加工宏程序
椭圆宏程序，最经典，最需要掌握的，也是比较基本的一种车床宏程序
图片1
G99G40G21
M03S700
G0X42Z5
(开始粗加工，从外分层向里切)
#2=18 设置分层初始值
N10 #1=30*SQRT[1-#2*#2/20*20] 计算椭圆上对应#2=18的#1值
#3=2*#2 计算X轴坐标值
#4=#1-30+0.1 计算Z轴坐标值，0.1为给精加工留的余量
G0X[#3] 刀具快速移动至切削直径
G1Z[#4]F0.2 第一层走刀
G1U2 利用增量坐标从切削直径向外退离工件1mm
G0Z5 快速退刀至Z5，为下次进刀做准备
#2=#2-2 变量递减2mm，作为下次切削直径
IF #2GE0 GOTO 10 终点判断，是否到达0，等于0时也会切削，之后-2时会跳出循环，执行下一段
（精加工，从工件坐标系远点开始切削椭圆，用小直线段模拟椭圆进行加工）
M03S1500
G0X0
G1Z0F0.1
#2=0 初始值与粗加工不同
N20 #1=30*SQRT[1-#2*#2/20*20]
#3=2*#2
#4=#1
G01X[#3]Z[#4]F0.1
#2=#2+0.5 这里0.5决定了划分的小段直线大小，值越小加工出来的椭圆面越光滑
IF #2LE20 GOTO 20
G0X100Z100
M5
M30
车床任意位置椭圆宏程序的编制
不在轴线上的椭圆宏程序编制也没有什么特殊的，只是改下偏置的数值罢了。

椭圆的参数方程为： X=a*COS Y=b*SIN 可改写为： #1=30*cos[#3] #3 为参数方程对应的中角度
#2=20*sin[#3] 图中椭圆长半轴 30mm ，短半轴 20mm ，椭圆中心位置如图所示，不在轴线上，
椭圆的参数方程为：X=a*COSθ
Y=b*SINθ
可改写为： #1=30*cos[#3] #3为参数方程对应的中角度
#2=20*sin[#3]
图中椭圆长半轴30mm，短半轴20mm，椭圆中心位置如图所示，不在轴线上，因此在计算编程所用的坐标值时，X方向要再加上40，Z方向要减去30+10=30
相应程序如下：
T0101
M3S800
G0X82Z5
#6=36
N5 G0X[#6+40]
G1Z-10F0.1
#3=0
N10 #1=30*COS[#3]
#2=20*SIN[#3]
#4=2*#2+#6+40 计算出的为半径值，需转化为直径值才能与直径编程对应。

#5=#1-30-10
G1X[#4]Z[#5]F0.1 沿小段直线插补加工
#1=#1+3 递减3度，此值越小，工件表面越光滑。

IF [#1 LE 90] GOTO 10 条件判断是否到达终点。

G1X82 直线插补切到工件外圆之外
G0Z5
#6=#6-4
IF [#6 GE 0] GOTO 5
G0X150Z150
M5
M30
宏程序编制-左右交替切削梯形螺纹
数控车加工梯形螺纹,用宏程序左右车削编程加工
用成型刀加工，刀宽1mm，螺纹槽槽底宽度1.6mm，螺距为6mm，尺寸如图所示：
图片1
图片2
每次切深0.2mm，左右交替切削，编程如下：
T1D1
M3S800
G0X62Z10
R1=0.6 左右交替切削的距离
R2=0.2 每次切深0.2mm
R4=10 Z轴初始值
KK: R3=60-2*R2 每次走刀的加工直径
R4=R4+R1 每次走刀的起点Z坐标
G0X=R3 Z=R4 定位的起刀点
G33 Z-55 K6 完成本次切削
G0X62 退刀
Z10 移至工件外
R1=-1*R1 使R1值变号，以此实现左右交替
R2=R2+0.2 切深递进
IF R2<=4 GOTOB KK 判断是否到达切深
G0 X52 Z=R4+R1 因为切到槽底时只有一侧先到达，另一侧也需加工G33 Z-55 K6 完成另一侧槽底加工
G0X100
Z100
M5
M30。