劉旭

（蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 蘇州 215104）

0 引 言

在數(shù)控車削加工中，數(shù)控系統(tǒng)通常只具有直線和圓弧插補(bǔ)兩種功能，而對(duì)于如圖1 所示橢圓、雙曲線、曲線螺紋等非圓曲線和非常規(guī)螺紋，利用宏程序可以方便、快捷地完成加工。通過宏程序變量賦值、變量運(yùn)算、變量傳遞，極大地簡化了程序，避免了一些專業(yè)CAM 軟件自動(dòng)生成加工程序出現(xiàn)可讀性差、修改麻煩、占用內(nèi)存的缺點(diǎn)。

圖1 橢圓和曲線螺紋

現(xiàn)以FANUC 0i 系統(tǒng)為例，結(jié)合加工實(shí)踐，探討宏程序在雙曲線車削加工中的應(yīng)用。

1 雙曲線的數(shù)學(xué)分析

圖2 雙曲線

平面內(nèi)與兩定點(diǎn)F1、F2的距離差的絕對(duì)值為常數(shù)2a 的點(diǎn)M 的軌跡叫做雙曲線。如圖2 所示，其中定點(diǎn)F1、F2在Y 軸上時(shí)其標(biāo)準(zhǔn)方程為

1.1 曲率對(duì)加工影響

曲線的曲率反映了曲線的彎曲程度，曲率越大，曲率半徑越小，曲線彎曲嚴(yán)重；相反，曲率越小，曲率半徑越大，曲線過渡平滑。在車削加工中，要充分考慮曲線的曲率，進(jìn)行合理的刀具選擇，否則將會(huì)產(chǎn)生過切、干涉等破壞加工表面的情況。

如圖3 所示，雙曲線上M 點(diǎn)處的曲率半徑R最小，曲率最大。加工時(shí)，為了減小刀具對(duì)雙曲線輪廓的影響，宜采用刀尖圓弧半徑較小的尖頭車刀。試驗(yàn)證明，選擇刀片刀尖圓弧半徑0.2 mm，主后角為6°～8°，可以有效避免以上情況，切削效果較好。

圖3 雙曲線曲率與曲率半徑

1.2 雙曲線函數(shù)變換

2 用戶宏程序

用戶宏程序可以允許使用變量、算術(shù)、邏輯運(yùn)算、條件轉(zhuǎn)移和循環(huán)控制，使得編制相同加工操作的程序更簡潔、方便。用戶宏程序功能指令可把實(shí)際值設(shè)定為變量，使宏程序更具有通用性，使用時(shí)，可用一條簡單指令調(diào)出宏程序，和調(diào)用子程序一樣。

2.1 變量

在使用用戶宏程序時(shí)，數(shù)值可以直接指定或用變量指定，當(dāng)用變量時(shí)，變量值可用程序或在MDI 操作面板上改變。變量用變量符號(hào)（#）和后面的變量號(hào)指定。根據(jù)變量號(hào)可以將變量分成空變量、局部變量、公共變量和系統(tǒng)變量4 種類型。其中局部變量為#1～#33。例#1=100，#2=200，G00 X#1 Z#2。

2.2 轉(zhuǎn)移和循環(huán)

在宏程序中有3 種轉(zhuǎn)移和循環(huán)操作可供使用：

1）GOTO 語句（無條件轉(zhuǎn)移。格式：GOTO n，n 為順序號(hào)（1-9999）。

2）IF［＜條件表達(dá)式＞］GOTO n。

3）在WHILE 后指定一個(gè)條件表達(dá)式，當(dāng)指定條件滿足時(shí)，執(zhí)行從DO 到END 之間的程序，否則轉(zhuǎn)到END 后的程序段。

注意：DO 后的號(hào)和END 后的號(hào)是指定程序執(zhí)行范圍的標(biāo)號(hào)，標(biāo)號(hào)值為1、2、3。若用1、2、3 以外的值將會(huì)產(chǎn)生P/S 報(bào)警NO126。

圖3

2.3 宏程序調(diào)用

宏程序調(diào)用可用G65（非模態(tài)調(diào)用）和G66、G67（模態(tài)調(diào)用）兩種方式，調(diào)用時(shí)，自變量可賦值到宏程序中。例如：G65 Pp Ll；p 為要調(diào)用的程序，l 為重復(fù)次數(shù)，默認(rèn)值為1。文中采用G65 調(diào)用。

3 實(shí)例分析

如圖4 所示，該零件尺寸精度要求較高，總體結(jié)構(gòu)包括圓弧面、雙曲線、圓柱面等。其中雙曲線方程為x2/a2-z2/b2=1，實(shí)半軸為a，虛半軸為b。

3.1 雙曲線編程

在如圖4 所示含有雙曲線零件的車削加工過程中，通常以Z 為自變量，X 作為Z 的函數(shù)，根據(jù)上述的函數(shù)變換，X=2a*SQRT［1+Z*Z/b*b］，Z 的變化區(qū)間選擇［d，-d］，然后采用G01 直線擬合插補(bǔ)法，即Z 方向步距均勻疊加（通常步距選擇0.02～0.05 mm），系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出X 值。由于圖中零件的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)和雙曲線的對(duì)稱中心不重合，首先要將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)偏置到雙曲線的對(duì)稱中心上，即G52 X0 Z（16+d）。為了保證編制宏程序的通用性，程序中雙曲線的起始點(diǎn)及虛、實(shí)半軸全部采用變量方式，加工中用戶只要根據(jù)需要進(jìn)行賦值即可。

圖4 零件圖

3.2 宏程序流程框圖

根據(jù)上述的編程思想，采用WHILE 循環(huán)語句，程序框圖如圖5。

圖5 雙曲線宏程序流程框圖

3.3 編制加工程序

程序中變量含義：a為雙曲線實(shí)半軸；b 為雙曲線虛半軸；d 為雙曲線輪廓有效長度。

主程序：

O0001；主程序名

N10 T0101；調(diào)用外形粗加工刀具

N20 G97G99S1000M03；定義主軸轉(zhuǎn)速

…

N50 T0202；調(diào)用車削雙曲線的尖頭車刀

N60 G97G99S1500M03；切換主軸轉(zhuǎn)速

N70 G65 P1000；調(diào)用子程序雙曲線宏程序

…

其專職安全人員要做好基坑巡視檢查工作，巡視他不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，而且能系統(tǒng)地記錄、描述基坑施工和周邊環(huán)境的變化過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)被披露的不利地質(zhì)狀況，其專職安全人員要做好以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

N90 G00X150

Z200；刀具退到安全位置

N100 M05；主軸停止

N110 M30；程序結(jié)束

用戶宏程序：

O1000；子程序名

N20#1=d；定義Z 向起點(diǎn)坐標(biāo)

N30 WHILE［#1LE-d］DO1；條件語句

N40#2=a*SQRT［1+#1*#1/b*b］；X 向坐標(biāo)值計(jì)算

N50 G01X［2*#2］Z［#1］；G01 直線擬合插補(bǔ)

N60#1=#1-0.05；Z 向坐標(biāo)偏移值計(jì)算

N70 END1；循環(huán)結(jié)束

N80 G52X0Z0；取消局部坐標(biāo)系

N90 M99；返回主程序。

4 結(jié) 語

從以上應(yīng)用中可以看出，宏程序是數(shù)控機(jī)床手工編程方法的一種高級(jí)程序語言，大部分零件尺寸是通過變量傳遞的，極大地簡化了數(shù)控程序，易實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)。宏程序在雙曲線中的應(yīng)用方法同樣適合在其它曲線中應(yīng)用推廣。

［1］ 黃冬英.宏程序在刻線加工中的應(yīng)用［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2011（2）：160-162.

［2］ 成崗.運(yùn)用宏程序銑削孔與螺紋［J］.煤礦機(jī)械，2010（12）：118-120.

［3］ 單春陽.數(shù)控宏程序編程應(yīng)用淺析［J］.科技信息，2007（32）：427-428.

［4］ 黎向榮.宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用［J］.工業(yè)技術(shù)，2009（3）：100-103.