基于FANUC数控车椭圆插补指令实现
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摘要 椭圆要素属于非圆曲线，FANUC系统一般没有专用的插补指令，实践中是对其节点坐标进行计算来解决问题的，这样中间过程费时费力。应用中亟待要有一种简单快捷的办法来解决此类问题。本文基于fanuc系统，运用宏程序开发一个椭圆插补指令，这样可以大大简化椭圆的编程。
关键词 FANUC；宏程序；椭圆插补
中图分类号 O29 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）113-0198-02
0 引言
一般的数控系统只提供直线和圆弧轮廓两种基本的插补指令，对于其他典型的轮廓要素，如椭圆、抛物线、双曲线等，一般用近似逼近的方法来加工。本文针对椭圆曲线的特点，分析椭圆曲线方程，提炼出确定椭圆要素及在零件中的相对位置的相关参数，利用FANUC数控车系统提供的宏指令编写了适合数控车上应用的椭圆插补指令，应用时仅仅需要调用其插补指令，设置若干椭圆形状特征的参数即可。
1 椭圆插补指令的编程实现
1.1 椭圆轮廓的数学处理
椭圆有一般方程和参数方程，编程时为了确定椭圆加工范围的方便，笔者选择了一般方程的标准型：
（a、b表示椭圆的长、短半轴）
实际中要将坐标系转换成和数控车一致的坐标系统，根据实践经验数控车床上的椭圆轮廓方程几乎都是平行与坐标轴，因此为了将椭圆轮廓加工统一起来需要解决以下3个问题：
1）椭圆轮廓中心与编程坐标系不重合；
2）椭圆加工范围确定；
3）椭圆的凸凹判断。
椭圆轮廓中心与编程坐标系中心不重合问题可用数学中坐标系平移方法来解决，指令中用X、Z两参数实现，这样通过平移可解决任意位置的椭圆问题；椭圆加工范围可通过C、D两参数确定椭圆的加工范围；对于椭圆的凸凹，由于本文选用的是椭圆的标准方程，它虽避免了参数方程角度计算的麻烦，但带来新的问题就是由C、D两参数确定椭圆的加工范围后存在两个椭圆轮廓的可能（这和圆弧R编程类似），一个为凸，一个为凹，以示区别可设计参数T，T=1为凸，T=0为凹。
1.2 椭圆插补的程序实现
通过分析可将椭圆要素的特征参数提炼出来，并用宏变量定义如下：
椭圆宏程序变量的定义：
变量 变量说明
#24=X 椭圆中心在编程坐标系的X坐标值
#26=Z 椭圆中心在编程坐标系的Z坐标值
#1=A 椭圆长半轴
#2=B 椭圆短半轴
#3=C 椭圆加工起点
#7=D 椭圆加工终点
#8=E 步长
#20=T 凸凹椭圆控制
#9=F 进给量
具体的程序及指令说明如下：
O9010
WHILE［［#3 GE #7］AND［#20 EQ 1］］DO 1；
#10=#2*SQRT［#1*#1-#3*#3］/#1；
G01 X［#24+2*#10］Z［#26+#3］F#9；
#3=#3-#8；
END 1；
WHILE［［#3 GE #7］AND［#20 EQ 0］］DO 2；
#10=-#2*SQRT［#1*#1-#3*#3］/#1；
G01 X［#24+2*#10］Z［#26+#3］F#9；
#3=#3-#8；
END 2；
M99；
说明：
X为标准椭圆中心在编程坐标系中的X坐标值（直径值）；
Z为标准椭圆中心在编程坐标系中的Z坐标值；
A为椭圆的长半轴；
B为椭圆的短半轴；
C为标准椭圆加工起点X坐标值；
D为标准椭圆加工终点X坐标值；
E为每次加工椭圆时Z向变化的步长值（确定加工精度）；
T为凸凹椭圆控制参数，外轮廓：实体为凸椭圆时为1，实体为凹椭圆时为0；内轮廓：实体为凸椭圆时为0，实体为凹椭圆时为1；
F为椭圆加工时的进给速度；
此程序已经调试过，可以使用，实际零件中可能还有其他轮廓要素与椭圆衔接，实践中可与G71、G72、G73配合使用。
2 椭圆插补的G 代码
FANUC系统为了利用G 代码进行的宏程序调用的方便，通过在参数（No.6050~6059）中设定一个用来调用宏指令的G 代码号（-9999~9999），即可调用用户宏程序O9010~O9019，调用方法与用G65 调用相同。设定了负的G 代码时，成为模态调用（相当于G66）。通过事先在参数中设定一个用来调用宏指令的G 代码号，即可调用宏程序调用方法与简单调用（G65）相同。参数号与程序号的对应关系如图1所示：
参数号 程序号
6050
6051
6052
6053
6054
6055
6056
6057
6058
6059 O9010
O9011
O9012
O9013
O9014
O9015
O9016
O9017
O9018
O9019
图1
图2
上述扩展指令宏程序编写完成后，在FANUC系统中找到参数号6050，将参数号6050的内容改为我们需要调用的指令号，用户以后就像调用G代码一样的调用椭圆加工指令了。
比如，本文可将将参数号6050的内容改180（如图2），以后就直接就用G180指令来加工椭圆要素了。
3 结论
通过上述的方法可使得椭圆轮廓要素的加工变得和圆弧插补指令一样的简单快捷，并且在使用中看不到宏程序的编程，留给用户的问题就是简单的设置指令的参数，这和圆弧指令使用一样了，且加工的精度由用户方便的设置，使得复杂的问题变得简单，本文的方法也可用于构建其它特殊轮廓的插补指令，这对于提升数控编程效率具有重要的现实意义。
参考文献
[1]张超英.数控编程技术[M].北京:中央广播电视学出版社，2008.
[2]谢晓红.数控车削编程与加工技术[M].北京:电子工业出版社，2006.
[3]彼得・斯密德.数控编程手册[M].北京:化学工业出版社，2005.