基于宏程序的數控車削加工應用
2018-1-16 來源： 開封技師學院 作者：張 樺，吳長有
摘 要：以橢圓曲線輪廓的零件為例，從宏程序的表達、橢圓曲線方程與坐標變換兩個面進行了分析，以華中 HNC-21T系統為基礎，編寫宏程序，闡述了宏程序在數控車削加工中的具體應用。
關鍵詞：宏程序；數控車編程；曲線方程；坐標變換
隨著數控技術在制造業中的應用，越來越多的產品采用了非圓曲線的設計，但目前數控系統的編程指令對于非圓曲線不能直接編程，只有直線插補和圓弧插補功能。
若采用 CAD/CAM 自動編程軟件生成數控程序，則程序段通常比較多，甚至幾千行，操作起來比較費時，并且檢查、修改都比較困難。因此非圓曲線輪廓零件的切削加工在生產中通常采用宏程序來編程。本文就以橢圓曲線輪廓零件為例談談宏程序在數控車削加工中應用。
1、零件分析
圖 1 所示零件，此零件左端面是一個橢圓曲線回轉面，中間為階梯圓柱軸面，右端為一螺紋面。對于中間和右端的回轉面，是由直線、斜線、圓弧等要素所組成，可以采用數控系統的 G71、G72、G73、G82 等循環指令進行編程加工。
而左端的橢圓面則無法使用數控系統的指令直接編程，且圖紙中并未給出橢圓的方程、橢圓的中心與加工時編程坐標系中心不重合，這些都給零件的編程加工帶來一定的難度[1]。因此，加工該零件需要解決三個問題：宏程序指令的表達、橢圓方程及轉換、橢圓中心與編程坐標原點的轉換。
2 、宏程序及指令表達
2.1 宏程序的表達與賦值
在使用宏程序編程過程中，通常是以變量作為數據進行編程的。宏程序的變量表達為：# 數字，例如：#1. 還可以使用變量進行邏輯運算、算術運算和函數的混合運算表達，例如：#4=[#2+#3]*#1. 需要注意的是，表達式中是不能出現小括號，只能使用中括號[3]。對自變量可以直接賦值，其格式為：變量號后用“=”直接賦值，例如：#2=6，表示將
6 賦值給 2 號變量。
這也可以用表達式賦值，例如：#4=[#2+#3]*#1，表示將 #2 的值與 #3 的值相加后得到的和，再乘以 #1 的值得到的積賦值給 #4. 宏程序就是利用系統對變量可以重新賦值的特性，計算出整個非圓曲線上若干個點的坐標值，從而用若干段圓弧線或直線段來逼近理想的輪廓曲線。
因此，在數控程序運行中，編程者只需給出輪廓曲線的數學表達式和算法即可，而非圓曲線的擬合線節點坐標則是由數控系統自動來完成的。
2.2 宏程序的控制指令
非圓曲線輪廓零件加工常采用控制指令有：WHILE 語句、條件轉移 IF 語句和跳轉語句 GOTO.
（1）WHILE 指令程序格式為：
WHILE
條件表達式；
……；
ENDW；
當條件式成立時，將重復執行 WHILE 到 ENDW之間的程序段，直到條件不滿足為止。
當條件不成立，則執行 ENDW 后面的程序段。
（2）IF 語句指定一個條件表達式，當條件滿足時，則執行某個程序。IF 語句和跳轉語句 GOTO 一起使用。
3、 橢圓方程與坐標轉換
3.1 橢圓數控車削編程方程
數控車削在編制宏程序時，編程坐標采用的是Z 、X 軸坐標系，而橢圓方程數學表達是 X、Y 軸坐標系，因此編寫橢圓程序時，要將坐標系轉換為 Z、X軸。
由圖紙可知，橢圓的 X 向半軸為 b = 15 mm，Z 向半軸 a = 25 mm，則橢圓的方程為：
式中：#1 表示 X 軸坐標值；#2 表示 Z 軸坐標值；
3.2 橢圓中心與編程坐標原點的轉換
數控車削零件的時候，編程坐標系原點往往與曲線中心不重合，因此，必須對橢圓輪廓曲線上的坐標值進行編程轉換。通過計算橢圓的中心在編程坐標系中的位置，確定編程坐標值與數學坐標值之間的關系[2]，為敘述方便，設定：
4 、宏程序在數控車削加工中的應用
4.1 編制非圓曲線宏程序的步驟
（1）確定自變量。
選擇自變量時，通常首先選擇已知變化范圍的變量作為自變量，已知變量比較多時，再考慮已知變化范圍的大小，選擇范圍較大的變量作為自變量。分析零件圖形，確定 Z
為自變量，X為因變量。
（2）設置自變量的起止點坐標值，橢圓曲線 Z 向起點坐標為 0 ，終點坐標為-25.
（3）調用循環語句。
根據已知條件選擇相應的循環指令及循環條件。采用 WHILE 語句，宏程序的循環條件是 Z≥-25，即 #1GE-25.
（4）依據函數關系，確定因變量與自變量的表達式，則表達式為：
（6）采用 G01 指令，即用直線段擬合橢圓曲線的軌跡。
（7）確定自變量的變化規律。
自變量可以遞增，也可以遞減。遞增或遞減的變化量的大小影響加工精度。零件中確定 Z（#1）為自變量。賦初值:#1=0，因其終點值為-25，所以自變量采用遞減變化，即
#1=#1-0.1.
4.2 編制宏程序的結構流程圖
編制結構流程框圖如圖 2 所示。
4.3 橢圓曲線輪廓零件參考程序（部分精加工程序）
5 、結束語
通過對非圓曲線輪廓零件的數控車削宏程序編程的分析，使用宏程序在編程中有特別的優勢，但編程人員不僅要掌握編程的指令，還要熟悉非圓輪廓曲線的方程式及坐標轉換，并要準確的寫出表達式，才能正確編寫和使用宏程序，從而提高零件的加工效率和質量。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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