李 平，苗發(fā)祥，張 明

（1.綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000；2.中物院電子工程研究所，四川 綿陽 621000）

0 引言

宏程序作為數(shù)控編程的手段之一，在橢圓、拋物線、雙曲線以及一些漸展線的編程方法上有著自動編程及其他方法不可替代的優(yōu)勢。

對于規(guī)則曲面的編程來說，使用CAD／CAM軟件編程一般都具有工作量大、程序龐大、加工參數(shù)不易修改等缺點，如果任何一個加工參數(shù)發(fā)生變化，再智能的軟件也要根據(jù)變化后的加工參數(shù)重新計算刀具軌跡，盡管軟件計算刀具軌跡的速度非?？欤冀K是個比較麻煩的過程。而宏程序具有靈活性和智能性等特點，注重把機床功能參數(shù)與編程語言相結(jié)合，而且靈活的參數(shù)設(shè)置也使機床具有最佳的工作性能，同時也給予操作者極大的自由調(diào)整空間，能很好地彌補自動編程的不足。

1 宏程序在橢圓加工中的編程格式

1.1 編程思路

橢圓是最常見的二次曲線，宏程序編程的思路是采用數(shù)段微小直線段逼近橢圓輪廓。如果分成的線段足夠小，則這個近似的曲線就能夠較好地滿足加工精度要求。雖然宏程序編程屬于手工編程范疇，但它將復(fù)雜的節(jié)點坐標(biāo)計算工作交由計算機數(shù)控系統(tǒng)來完成，編程者只需給出數(shù)學(xué)公式和算法。

1.2 編程格式

不同的數(shù)控系統(tǒng)，宏程序的編程格式也不同，具體可查閱機床說明書。FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床對于非圓曲線類零件加工常采用循環(huán)語句編制宏程序，其格式如下：

＃1變量

WHILE［條件表達式］

……條件成立

END1

當(dāng)條件成立時循環(huán)執(zhí)行WHILE與END1之間的程序段，若條件不滿足則執(zhí)行END1的下一行程序段。

＃1＝C－F（起點到圓心的距離）

＃2＝D－F（終點到圓心的距離）

WHILE［＃1GE＃2］DO1

＃3＝a＊SQRT［1－＃1＊＃1／b2］

G01X［［＃3＋常數(shù)1］＃2］Z［＃1＋常數(shù)2］F進給速度

＃1＝＃1－步距

END1

其中：常數(shù)1為圓心到軸線的距離；常數(shù)2為圓心到端面的距離；步距必須大于等于刀尖圓弧半徑。

圖1 橢圓的宏程序編程節(jié)點圖

2 宏程序編程加工的應(yīng)用

下面以FANUC－21i系統(tǒng)數(shù)控車床為例，具體分析如何應(yīng)用宏程序來加工含橢圓輪廓的零件。

2.1 零件加工工藝的分析

圖2為小花瓶零件圖，工件坐標(biāo)系原點設(shè)在零件右端面與軸線的交點處。其加工工藝設(shè)計重點是橢圓輪廓的加工方法：粗加工時，橢圓先按近似圓弧粗車循環(huán)，因為圓弧的輪廓比橢圓大，有加工余量；精加工時，再編寫橢圓宏程序加工即可。具體零件加工工藝及切削用量設(shè)計見表1。

2.2 編寫參考程序

為了編寫程序，根據(jù)零件的要求，需要通過CAD軟件繪圖查找坐標(biāo)，具體坐標(biāo)點為：A（X 32.84，Z0），B（X36.592，Z0），C（X38.358，Z－1.469），D（X35.924，Z－35.547），E（X40，Z－45），F(xiàn)（X34.102，Z－56.306），G（X36.82，Z－65.365），H （X40，Z－70.609），P（X23，Z－19.759）。然后根據(jù)加工工藝設(shè)計的要求完成零件加工程序的編寫。

圖2 小花瓶零件圖

表1 零件加工工藝及切削用量

平端面、粗車外圓、精車外圓等的編程代碼如下：

N1；平端面、粗車外圓程序段

G97M14S800；

M98P1；調(diào)用子程序回到換刀點

T0101；選刀，通過刀補建立坐標(biāo)系

G00X5.Z1.；

Z0.05；

G01G99X－1.F0.15；粗平端面

Z1.F1.；

X51.

G99；

G71U0.8R0.5；外圓粗車循環(huán)指令

G71P100Q200U0.4W0.F0.15；

N100G00X35.Z0.1；粗車循環(huán)調(diào)用的第一行G01Z0.；

X36.592；

G03X38.358Z－1.469R1.；

G02X35.924Z－35.547R39.；G03X34.102Z－56.306R23.051；橢圓粗車時，用 R23.51的圓弧代替

G02X36.82Z－65.365R8.；

G03X40.Z－70.609R8.；

G01Z－85.；

X49.，R2.5；

Z－94.；粗車長度多4 mm，留出切斷余量

N200X51.；粗車循環(huán)調(diào)用的最后一行

M98P1；調(diào)用子程序回到換刀點

M01；程序選擇暫停

N4；精車外圓程序段

G97M14S1200；

M98P1；調(diào)用子程序回到換刀點

T0404；選刀，通過刀補建立坐標(biāo)系

G00X60.Z5.；

G01G99G42X33.Z1.F1.；建立刀具半徑右補償，保證精車尺寸精度

Z0.F0.05；

X36.592；精平端面

G03X38.358Z－1.469R1.；

G02X35.924Z－35.547R39.；

＃1＝9.453；宏程序開始，橢圓Z軸起點到圓心的距離

＃2＝－11.306；橢圓Z軸終點到圓心的距離

WHILE［＃1GE＃2］DO1；判斷是否走到Z軸終點

＃3＝40＊SQRT［1－＃1＊＃1／900］；應(yīng)用橢圓公式計算G01X［［＃3－20］＊2］Z［＃1－45.］F0.05；橢圓插補軌跡＃1＝＃1－0.2；Z軸步距每次0.2 mm

END1；宏程序結(jié)束

G02X36.82Z－65.365R8.F0.05；

G03X40.Z－70.609R8.；

G01Z－85.；

X49.，R2.5；

Z－93.8；精車比粗車短點，留出足夠切斷余量

X51.；

M98P1；調(diào)用子程序回到換刀點

M01；程序選擇暫停

鉆孔、鏜內(nèi)孔、切斷加工等工序的編程比較簡單，這里不再贅述。

3 零件的加工效果

編寫完程序，利用FANUC－21i系統(tǒng)數(shù)控車床進行仿真加工。如果仿真加工沒有問題，選取Ф50 mm的有機玻璃材料進行零件加工。通過裝刀－對刀－平端面和粗車外圓－鉆孔－粗鏜內(nèi)孔－精車外圓－精鏜內(nèi)孔－切斷－機床上手動拋光，完成了小花瓶零件的機加工，如圖3所示。

4 結(jié)論

綜上所述，宏程序能編制傳統(tǒng)數(shù)控編程無法實現(xiàn)的橢圓類零件的數(shù)控車削加工程序，其變量編程方式增加了應(yīng)用對象的靈活性，編寫時更直觀、簡便，精簡了程序內(nèi)容，大大提高了編程效率。因此，機床使用者利用宏程序編程功能，可充分?jǐn)U展數(shù)控機床的使用范圍和使用功效，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

圖3 小花瓶零件實物圖

［1］ 陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實例［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［2］ 周虹.基于宏程序的橢圓車削加工［J］.新技術(shù)新工藝，2007（10）：35.

［3］ 陳啟森.非圓曲線的宏程序編制方法應(yīng)用研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2010（3）：46－48.

［4］ 張明.數(shù)控機床加工零件［M］.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.