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基于宏程序的數(shù)控車削加工應(yīng)用

2018-1-16 來源：開封技師學(xué)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(dá)、橢圓曲線方程與坐標(biāo)變換兩個(gè)面進(jìn)行了分析，以華中 HNC-21T系統(tǒng)為基礎(chǔ)，編寫宏程序，闡述了宏程序在數(shù)控車削加工中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：宏程序；數(shù)控車編程；曲線方程；坐標(biāo)變換

隨著數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，越來越多的產(chǎn)品采用了非圓曲線的設(shè)計(jì)，但目前數(shù)控系統(tǒng)的編程指令對(duì)于非圓曲線不能直接編程，只有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能。

若采用 CAD/CAM 自動(dòng)編程軟件生成數(shù)控程序，則程序段通常比較多，甚至幾千行，操作起來比較費(fèi)時(shí)，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(chǎn)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?wù)労瓿绦蛟跀?shù)控車削加工中應(yīng)用。

1、零件分析

圖 1 所示零件，此零件左端面是一個(gè)橢圓曲線回轉(zhuǎn)面，中間為階梯圓柱軸面，右端為一螺紋面。對(duì)于中間和右端的回轉(zhuǎn)面，是由直線、斜線、圓弧等要素所組成，可以采用數(shù)控系統(tǒng)的 G71、G72、G73、G82 等循環(huán)指令進(jìn)行編程加工。

而左端的橢圓面則無法使用數(shù)控系統(tǒng)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(shí)編程坐標(biāo)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(gè)問題：宏程序指令的表達(dá)、橢圓方程及轉(zhuǎn)換、橢圓中心與編程坐標(biāo)原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。

2 、宏程序及指令表達(dá)

2.1 宏程序的表達(dá)與賦值

在使用宏程序編程過程中，通常是以變量作為數(shù)據(jù)進(jìn)行編程的。宏程序的變量表達(dá)為：# 數(shù)字，例如：#1. 還可以使用變量進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算表達(dá)，例如：#4=[#2+#3]*#1. 需要注意的是，表達(dá)式中是不能出現(xiàn)小括號(hào)，只能使用中括號(hào)[3]。對(duì)自變量可以直接賦值，其格式為：變量號(hào)后用“=”直接賦值，例如：#2=6，表示將

6 賦值給 2 號(hào)變量。

這也可以用表達(dá)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(tǒng)對(duì)變量可以重新賦值的特性，計(jì)算出整個(gè)非圓曲線上若干個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)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(shù)控程序運(yùn)行中，編程者只需給出輪廓曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式和算法即可，而非圓曲線的擬合線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)則是由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)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(zhuǎn)移 IF 語句和跳轉(zhuǎn)語句 GOTO.

（1）WHILE 指令程序格式為：

WHILE

條件表達(dá)式；

……；

ENDW；

當(dāng)條件式成立時(shí)，將重復(fù)執(zhí)行 WHILE 到 ENDW之間的程序段，直到條件不滿足為止。

當(dāng)條件不成立，則執(zhí)行 ENDW 后面的程序段。

（2）IF 語句指定一個(gè)條件表達(dá)式，當(dāng)條件滿足時(shí)，則執(zhí)行某個(gè)程序。IF 語句和跳轉(zhuǎn)語句 GOTO 一起使用。

3、橢圓方程與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

3.1 橢圓數(shù)控車削編程方程

數(shù)控車削在編制宏程序時(shí)，編程坐標(biāo)采用的是Z 、X 軸坐標(biāo)系，而橢圓方程數(shù)學(xué)表達(dá)是 X、Y 軸坐標(biāo)系，因此編寫橢圓程序時(shí)，要將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)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(biāo)值；#2 表示 Z 軸坐標(biāo)值；

3.2 橢圓中心與編程坐標(biāo)原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換

數(shù)控車削零件的時(shí)候，編程坐標(biāo)系原點(diǎn)往往與曲線中心不重合，因此，必須對(duì)橢圓輪廓曲線上的坐標(biāo)值進(jìn)行編程轉(zhuǎn)換。通過計(jì)算橢圓的中心在編程坐標(biāo)系中的位置，確定編程坐標(biāo)值與數(shù)學(xué)坐標(biāo)值之間的關(guān)系[2]，為敘述方便，設(shè)定：

4 、宏程序在數(shù)控車削加工中的應(yīng)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(shí)，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(shí)，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(shè)置自變量的起止點(diǎn)坐標(biāo)值，橢圓曲線 Z 向起點(diǎn)坐標(biāo)為 0 ，終點(diǎn)坐標(biāo)為-25.

（3）調(diào)用循環(huán)語句。

根據(jù)已知條件選擇相應(yīng)的循環(huán)指令及循環(huán)條件。采用 WHILE 語句，宏程序的循環(huán)條件是 Z≥-25，即 #1GE-25.

（4）依據(jù)函數(shù)關(guān)系，確定因變量與自變量的表達(dá)式，則表達(dá)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(guī)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(diǎn)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(jié)構(gòu)流程圖

編制結(jié)構(gòu)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(jié)束語

通過對(duì)非圓曲線輪廓零件的數(shù)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(yōu)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(biāo)轉(zhuǎn)換，并要準(zhǔn)確的寫出表達(dá)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(zhì)量。

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