浅析应用宏程序车削非圆二次曲线轮廓

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摘要： 用户宏程序是数控系统及类似产品中的特殊编程功能。依托宏程序编程加工一些有规律变化的非圆曲线轮廓的产品，可以提高产品的加工效率和加工精度，满足现代工业产品的加工要求。所谓非圆二次曲线指椭圆、抛物线、双曲线、正弦曲线等的二次函数轮廓线，应用宏程序通过曲线轮廓的函数方程、宏变量编程、点坐标的计算而最终方便快捷地完成产品的加工。关键词： 宏程序；非圆二次曲线；椭圆曲线；正弦曲线；直线拟合

中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0035-020 引言

随着数控加工技术的广泛应用，机械加工中经常出现由复杂曲线所构成的非圆曲线零件，如柱塞泵、灯罩、模具等。由于产品性能要求的不断提高，对非圆曲线零件的精度要求越来越高。但数控机床的数控系统一般只有直线插补和圆弧插补功能，没有非圆曲线插补指令。因此需要通过宏变量编程、点坐标的计算及图形要求，根据曲线轮廓的解析几何方程y=f(x)将其中的一个参数变量在它的定义域内从一个极限值以一定的插补步进距离（如0.01mm，0.1mm，1°）逐步向另一个极限值变化从而求出任意一个点的坐标值，然后用直线插补G01进行直线拟合加工，完成曲线轮廓的加工。作为一名职业学校机械加工专业教师，如果能深层的掌握、理解及熟练的应用宏程序，则可以方便快捷地进行宏程序编程，提高教学质量，提高产品加工效率和加工精度。

用户宏程序是FANUC数控系统及类似产品中的特殊编程功能。用户宏程序的实质与子程序相似，它也是把一组实现某种功能的指令，以子程序的形式预先存储在系统存储器中，通过宏程序调用执行这一功能，在主程序中只要编入相应的调用指令就能实现功能。把一组以子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序，简称宏程序；调用宏程序的指令称为“用户宏程序指令”或宏程序调用指令（简称宏指令）。宏程序与普通程序相比较，普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适用性。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，还可以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。通过使用宏程序能执行一些有规律变化（如非圆二次曲线轮廓）的动作，从而形成我们需要的非圆二次曲线。应用WHILE语句编写非圆二次曲线宏程序的一般步骤：

①选定自变量。非圆曲线中的X和Z坐标均可以被定义成为自变量，一般情况下会选择变化范围大的一个作为自变量，并且要考虑函数表达式在宏程序中书写的简便，为方便起见，我们事先把与Z坐标相关的变量设为#1，#4，将X坐标相关的变量设为#2，#3。

②确定自变量起止点的坐标值。必须要明确该坐标值的坐标系是相对于非圆曲线自身中心的坐标系，其起点坐标为自变量的初始值，终点坐标为自变量的终止值。

③进行函数变换，确定因变量相对于自变量的宏表达式。

④确定公式曲线自身坐标系的中心原点相对于工件原点的代数偏移量（X和Z）。

⑤计算工件坐标系下的非圆曲线上各点的X坐标值(#3)时，判别宏变量#3的正负号。以编程轮廓中的公式曲线自身坐标原点为原点，绘制对应的曲线坐标系的X′和Z′坐标轴，以其Z′坐标为分界线，将轮廓分为正负两种轮廓，编程轮廓在X′正方向称为正轮廓，编程轮廓在X′负方向为负轮廓。如果编程中使用的公式曲线是正轮廓，则在计算工件坐标系下的X坐标值（#3）时，宏变量#2的前面应冠以正号;如公式曲线是负轮廓，则宏变量#2的前面应冠以负号，即#3=±#2+X。

⑥设计非圆曲线宏程序的模板。设Z坐标为自变量#1，X坐标为因变量#2，自变量步长为W，X为曲线本身坐标系原点在工件坐标系下X方向偏移量，Z为曲线本身坐标系原点在工件坐标系下Z方向偏移量，那么非圆曲线段的加工程序宏指令编程模板如下。

#1=Z1

(是指定义自变量的起点Z坐标)

WHILE [ #1 GE Z2]DO 1 ；（Z2是指定义自变量的终点Z坐标）

#2=f(#1) ；(建立自变量与因变量函数关系式)

#3=±#2+X；(计算曲线上点在加工坐标系的X坐标)

#4=#1+Z ；(计算曲线上点在加工坐标系的Z坐标)

G01 X[#3] Z[#4]；

END1

下面就以FANUC 0i-MATE数控系统数控车床为加工机床，以椭圆、正弦曲线的加工为例，对宏程序的应用进行分析。

1 椭圆曲线的加工

下述图形工件毛坯：￠52×78；

椭圆方程：Z2/252+X2/152 =1

图形的粗精加工宏程序应用如下：

O0001；

M03 S800 T0101 F0.2； (35度菱形刀片)

G00 X52 Z2；（刀具快速定位）

G73 U8 R6；

G73 U0.5 P1 Q2 U0.5；

N1 G00 X47.2； (粗车循环的首句)

GO1 Z0；

#1=5.1； （#1为椭圆曲线公式中自身坐标系中Z坐标，5.1为椭圆曲线上起点的Z值）

WHILE [#1GE-21.9] DO1； (宏程序循环语句，-21.9为椭圆曲线上终止点的Z值)

#2=SQRT[[140625-225*#2*#2]/625]； （#2为椭圆曲线各点在公式中的X坐标）

#3=[18+2*#2]； （#3为椭圆曲线各点在工件坐标系中的X值）

#4=[#1-5.1]； （#4为椭圆曲线各点在工件坐标系中的Z值）

GO1 X［#3］ Z［#4］；（通过直线插补进行直线拟合形成椭圆）

#1=#1-0.1； （插补步进距离为0.1 mm）