用普通数控车床准确加工母线为非圆曲线的工件

ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ932012 10案例C ASES数控机床非圆曲线的加工耿艳梅　胡庆峰数控机床加工非圆曲线，因数控系统不同，其编程方法也有所不同，FANUC系统用的是宏程序编程，SINUMERIK 系统所用的是R参数编程，FAGOR系统所用的是计算机高级语言编程。

笔者主要探讨宏程序编程的方法。

一、宏程序编程特点将一组命令所构成的功能，像子程序一样事先存入存储器中，用一个命令作为代表，执行时只需写出这个代表命令，就可以执行其功能。

这一组命令称做用户宏主（本）体(或用户宏程序)，简称为用户宏(Custom Macro)指令，这个代表命令称为用户宏命令，也称作宏调用命令。

使用时，操作者只需会使用用户宏命令即可，而不必记忆用户宏主（本）体。

用户宏的特征有以下几点：一是可以在用户宏主（本）体中使用变量；二是可以进行变量之间的运算；三是用户宏命令可以对变量进行赋值。

使用用户宏的方便之处在于可以用变量代替具体数值，因而在加工同一类的零件时，只需将实际的值赋予变量即可，而不需要对每一个零件都编一个程序。

用户宏程序功能有A、B两种类型，笔者主要研究B类宏程序编写非圆曲线的加工方法。

二、抛物线的加工加工如图1所示的抛物线，方程为Z =-2X 201。

设工件坐标系统如图1所示，抛物线的原点为工件坐标系统的原点。

设刀尖在参考点上与工件系统原点的距离为X =400mm，Z=400mm。

采用线段逼近法编制程序。

图1　抛物线B类型的宏程序加工程序：主程序：%0080N0010 G50 X200.0 Z400.0；N0020 M03 S700；N0030 T1010；N0040 G42 G00 X0 Z3.0 D10；N0050 G99 G01 Z0 F0.05；N0060 G65 P9010 A0.01 B2.0 C20.0 D－80.0 E0 F0.03；（调用加工抛物线的子程序,步距为 0.01mm，直径编程。

）N0070 G01 Z-110.0 F0.05；N0080 G40 G00 X200.0 Z400.0 T1000 M05；N0090 M02；子程序：P9010 子程序号N0010 #6=#8； 赋初始值N0020 #10=#6+#1； 加工步距（直径编程）N0030 #11=#10/#2； 求半径（方程中的X）N0040 #15=#11*#11；求半径的平方（方程中的X 2）N0050 #20=#15/#3； 求 X 2/20N0060 #25=－#20； 求 - X 2/20N0070 #12=#11*#2； 求 2X（直径）N0080 G99 G01 X#12 Z#25 F#9； 走直线进行加工N0090 #6=#10； 变换动点N0100 IF [#25 GT #7] GOTO 0020；终点判别N0110 M99； 子程序结束三、正弦曲线的加工加工图2所示的零件。

采用数控宏程序解决非圆曲线类零件的加工阳夏冰【摘要】@@%本文针对非圆曲线加工精度和效率不高的问题,采用数控编程并结合编制的宏程序加工,可以有效地解决这类问题,实践表明,采用此方法加工非圆曲线类的零件,不但降低了工作量和劳动强度,而且还提高了加工精度和效率.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2012(034)018【总页数】3页(P44-46)【关键词】非圆曲线;数控;宏程序【作者】阳夏冰【作者单位】武汉城市职业学院,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TG6590 引言在普通加工中，加工非圆曲线类零件通常采用制作样板或靠模，然后利用仿形机床加工，但在小批量生产中，制作样板或靠模效益不高，在加工中受到仿形机床的仿形精度影响，加工精度也受到影响；在数控加工中，数控系统只有直线和圆弧插补功能，要对椭圆、双曲线和抛物线等非圆曲线进行加工，数控系统无法直接实现插补，需要通过一定的数学处理。

数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线的交点称为节点，各几何要素之间的连接点称为基点。

如图1所示，OE是一段椭圆，在OE之间插入节点A、B、C、D，相邻两点之间在Z方向的距离相等，均为a。

节点数目的多少或a的大小，决定了椭圆加工的精度和程序的长度。

采用直线段OA、AB、BC、CD、DE去逼近椭圆，关键是求出节点O、A、B、C、D、E的坐标。

若只采用现有的数控程序编程加工，节点的计算比较复杂，且节点数量较多，手工计算无法实现，因此必须借助宏程序的转移和循环指令处理。

求得各节点后，就可按相邻两节点间的直线来编写加工程序。

1 宏程序宏程序类似于高级语言的程序，程序员可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外还可以使用循环语句、分支语句和子程序调用语句对刀具路径进行控制，利于编制各种复杂的零件加工程序减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，以及精简程序量，使程序应用更加灵活、方便。

数控车加工非圆曲线编程研究摘要从数控技术的角度出发，对采用数控技术的数控机床进行介绍，针对数控加工和编程的方式进行深入探究，并重点研究非圆曲线的数控和编程方式，为数控车加工技术提供借鉴。

关键词数控技术;非圆曲线加工;编程数字化时代已经来临，各行各业都在积极向着数字化的方向转型，制造业也不例外。

数控技术的出现，打破了传统制造业的发展瓶颈，为制造业创造了新的发展机遇。

数控技术是数字化控制技术的简称，是工作人员编辑好的程序对机械设备进行控制的技术，在编写的程序中加入对机械设备的运动方式和操作循序等方面的功能，从而更加方便制造。

随着计算机技术的发展，现代的数控技术在原有的技术上加入了更多的存储、处理、运算和逻辑等功能，能够更加智能化地进行工业制造。

数控车又叫数控机床，是执行数控编译程序的主体。

随着人们艺术欣赏水平的上升，加上对物质和精神双方面的需求，现代的制造业要求更加精细，制造的过程也越加复杂。

在制造业设计中，非圆曲线的应用十分广泛，不仅具有很高的美观性，同时也更加复杂多变[1-2]。

因此，研究数控机床加工非圆曲线编程具有很高的意义和价值，能够推动现代数控加工技术的发展。

1宏程序编译在日常生活中，人们通过仔细观察就能发现，不少物品的外形和设计都具有非圆曲线的工艺，常见的非圆曲线有椭圆、双曲线、抛物线等。

非圆曲线产品具有较高的复杂性，在产品设计中非圆曲线能够采取较为复杂的组合，从而实现产品的工艺特性。

非圆曲线在工业制造中作为直线和圆插补的一个补充，需要采取精细的程序编辑才能够实现。

随着计算机技术的发展，现代数控技术的程序设计有两种方式，一种为传统的宏程序编译，一种为自动程序编译。

宏程序编译是采用传统的指令方式，采取复杂的数学、逻辑等运算方式，从而实现一系列的运算指令，让数控车在读取程度的时候，能够按照编译的方式来进行操作。

由于不同的产品对工艺的要求有所不同，尺寸、大小、非圆曲线的形状都会产生差异，因此每一种产品如果要采用宏程序编译的方式进行生产，都需要对产品进行特定的编译。

数控编程非圆曲线数学处理的基本过程数控系统一般只能作直线插补和圆弧插补的切削运动。

如果工件轮廓是非圆曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要通过一定的数学处理。

数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线交点称为节点。

例如，对图1.42所示的曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。

图1.42零件轮廓的节点在编程时，首先要计算出节点的坐标，节点的计算一般都比较复杂，靠手工计算已很难胜任，必须借助计算机辅助处理。

求得各节点后，就可按相邻两节点间的直线来编写加工程序。

这种通过求得节点，再编写程序的方法，使得节点数目决定了程序段的数目。

如图1.42中有6个节点，即用五段直线逼近了曲线，因而就有五个直线插补程序段。

节点数目越多，由直线逼近曲线产生的误差δ越小，程序的长度则越长。

可见，节点数目的多少，决定了加工的精度和程序的长度。

因此，正确确定节点数目是个关键问题，也请参考本教程CAD/CAM 部分数控加工误差的组成图1. 43逼近误差数控加工误差△数加是由编程误差△编、机床误差△机、定位误差△定、对刀误差△刀等误差综合形成。

即：△数加=f(△编+△机+△定+△刀)其中：（1）编程误差△编由逼近误差δ、圆整误差组成。

逼近误差δ是在用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线的过程中产生，如图1.43所示。

圆整误差是在数据处理时，将坐标值四舍五入圆整成整数脉冲当量值而产生的误差。

脉冲当量是指每个单位脉冲对应坐标轴的位移量。

普通精度级的数控机床，一般脉冲当量值为0.01mm；较精密数控机床的脉冲当量值为0.005mm 或0.001mm等。

（2）机床误差△机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。

（3）定位误差△定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生的。

（4）对刀误差△刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生。

数控程序编制中的数值计算根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算数控系统所需输入的数据，称为数控加工的数值计算。

数控车床加工非圆曲线宏程序编程技巧机械加工中常有由复杂曲线所构成的非圆曲线(如椭圆曲线、抛物线、双曲线和渐开线等)零件，随着工业产品性能要求的不断提高，非圆曲线零件的作用就日益重要，其加工质量往往成为生产制造的关键。

数控机床的数控系统一般只具有直线插补和圆弧插补功能，非圆曲线形状的工件在数控车削中属于较复杂的零件类别，一般运用拟合法来进行加工。

而此类方法的特点是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求高，直线的段数就多，虽然可以凭借CAD软件来计算节点的坐标，但是节点太多也导致了加工中的不方便，如果能灵活运用宏程序，则可以方便简捷地进行编程，从而提高加工效率。

一、非圆曲线宏程序的使用步骤(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#100、#101，将X坐标相关的变量设为#200、#201等。

(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(#201)时，判别宏变量#200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(#201)时，宏变量#200的前面应冠以正号;如公式曲线是负轮廓，则宏变量#200的前面应冠以负号，即#201=±#200+△X 。

数控车加工非圆曲线编程探讨摘要：随着科学技术的进步，现代化制造业较之传统制造业取得了相当大的进步，数控技术和数控设备是现代化制造业的基础，它们的发展水平关系到国家的经济发展、综合国力和战略地位，因此，我国在数控技术及产业发展方面采取了重大措施，使我国数控领域得到可持续发展。

本文简要介绍了数控机床的概念，详细论述了数控加工和数控加工的编程方法，并且重点研究了非圆曲线的编程方法。

关键词：数控机床；数控加工；非圆曲线加工；编程方法前言：数控技术也叫做数字化控制技术，是一种按照控制程序，控制程序是工作人员用计算机事先编好的，来执行对机械设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能，进行机械零件加工的技术，计算机软件的应用代替了原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，实现了存储数据、处理数据、运算数据、逻辑判断等各种控制机能，是制造业信息化的重要组成部分。

随着智能化、网络化技术的发展，数控技术向着高效率、高质量、高精度的方向发展。

数控技术在信息产业、生物产业、航空航天国防工业等各领域得到广泛应用，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应力和竞争力，数控技术的应用是制造业成为信息化的象征，对我国社会经济的发展起着越来越重要的作用，因此，为实现经济迅速发展、提高综合国力和国家地位，必须大力发展以数控技术为核心的现代化制造技术及其产业。

1.数控机床数控机床也叫做数字控制机床，是一种装有能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序控制系统，并通过译码，用代码化的数字表示出来，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出的各种控制指令，来控制机床的动作，按照图纸要求的尺寸和形状，自动的将零件加工出来的自动化机床，具有高度柔性、高精度、加工质量稳定可靠、加工效率高、自动化程度高等优点，数控机床能够很好地解决复杂、精密、小批量、多品种零件的加工。

数控机床的基本组成包括加工程序载体（主机）、伺服与测量反馈系统、数控装置、数控机床辅助装置、机床主体。

数控车非圆曲线件的工艺方案处理及程序设计魏平【摘要】Machining ellipse, parabola, hyperbola in NC machine tool of formula curve NC programming and the price, the macro program. Transfer the use of variables, arithmetic and logic operations and conditions, it makes the same procedure more convenient, concise, and at the same time, size and shape and position toler-ance control more easily. This paper mainly studies the design and numerical control scheme based on ellipse with NC machining parts macro programming, efficient use of technology implementation method with the pre-cision control of the.%在数控机床进行加工椭圆、抛物线、双曲线等公式曲线的数控程序编制与加工，可采用宏程序。

使用变量、算数和逻辑运算及条件转移，使得编制相同的程序更方便、简洁，同时尺寸及形位公差控制更加容易。

研究了基于椭圆配合件的数控加工工艺方案设计及数控宏程序编制，有效地利用工艺方案实施配合件的配合精度控制的方法。

【期刊名称】《安阳工学院学报》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P19-21)【关键词】数控机床;非圆曲线;宏程序;工艺方案设计【作者】魏平【作者单位】安徽机电职业技术学院，安徽芜湖 241000【正文语种】中文【中图分类】TG659举例所用零件的毛坯宜采用锻件，由棒料锯割，模锻毛坯至Φ65×160mm，零件的最大外径为Φ58mm，所以选取毛坯分别为Φ65×85mm、Φ65×55mm的圆柱棒料，材料为45号钢。

非圆曲线的轮廓加工【摘要】很多零件的轮廓上有椭圆、双曲线、抛物线等非圆弧二次曲线。

而数控编程中没有相应的指令，需要采用拟合法与参数或宏指令进行编程。

本文就以FANUC 0i-MATE系统的数控铣床对非圆弧曲线的编程与加工进行分析。

【关键词】非圆曲线；数学模型；宏程序；数控机床1.引言传统的普通机床加工非圆曲线的轮廓零件，加工方法、加工过程的计算、校正较繁琐、复杂，效率低，且受机床、分度头和装夹精度等的影响，较难保证所要求的加工精度。

数控机床常采用的是直线段或圆弧逼近法加工，把零件轮廓曲线等分成若干段，段数越多，轮廓曲线越精确，加工误差亦小。

很多编程人员认为这一工作很复杂，靠手工处理已经不大可能，必须借助计算机作辅助处理，最好是采用计算机自动编程高级语言编制加工程序，一般都不能直接编程。

其实，数控系统不仅给我们提供了ISO代码指令功能，还给我们提供了用户宏程序功能，这使我们可以对数控系统进行一定的功能扩展。

在实际工作中宏程序具有广泛的应用空间，并且能够方便编程，任何数控加工只要能够用宏程序完整地表达，即使再复杂，其编程篇幅都比较精练，数控机床在执行宏程序时比CAD/CAM软件生成的程序更快捷，反应更迅速，使得加工效率大大提高。

2.非圆曲线的数学处理当零件的形状是由直线段或圆弧之外的其他曲线构成，而数控装置又不具备该曲线的插补功能时，其数值计算就比较复杂。

将组成零件轮廓曲线按数控系统插补功能的要求，在满足允许的编程误差的条件下，用若干直线段或圆弧来逼近给定的曲线，逼近线段的交点或切点称为节点。

一个已知方程的曲线节点数目主要取决于所逼近线段的形状（直线段还是圆弧段），曲线方程的特性和各线段的长度，并按节点划分程序段。

数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式表达的平面轮廓曲线，称为非圆曲线。

其数学表达式的形式可以是以y=f（X）的直角坐标的形式给出，也可以是以P=P（a ）的极坐标形式给出，还可以是以参数方程的形式给出。

数控车加工非圆二次曲线零件的程序编制摘要：数控车床加工是一种自动化的工业生产与零部件加工技术，随着自动化与信息化的不断发展，它在工业生产与加工领域的运用越来越广，并且自动化加工技术水平提升越来越快。

数控车加工过程中，非圆二次曲线几何形状是加工零部件结合要素中存在的一种，由于这种零部件几何要素的特殊性，与常规几何要素的零部件相比，加工生产过程要相对复杂一些，需要通过对于这种零部件的结合要素进行编程设计，以通过数控车自动控制系统进行生产加工实现。

在对于非圆二次曲线零部件的数控车加工数学理论进行计算分析的基础上，结合某数控系统中的宏程序，通过实例进行数控车加工非圆二次曲线零件的程序编程分析与研究，以提高数控车床加工技术，推进工业自动化的发展提升。

关键词：数控车床；自动化；零部件；非圆二次曲线；几何要素；程序编制在现代化的工业发展与机械制造领域，随着工业生产与零部件加工制造设备技术的不断提升发展，在工业生产与机械加工制造中，不仅工业生产与机械加工技术水平的发展提升越来越快，并且工业生产与机械加工制造设计中，加工制造零部件的结构形式也由简单以及单一化，逐渐向着复杂化与多样性方面发展。

因此，在现阶段的数控车床加工生产中，也经常会碰到一些非圆二次曲线零部件设计加工情况，像椭圆以及抛物线、双曲线等各种几何要素与形状的零部件，在进行这类零部件加工生产中，由于数控车中的自动控制系统不能够满足这类几何要素比较复杂并且多样的零部件设计与加工控制实现，因此，就需要结合零部件的几何形状与要素，进行数控车床自动化控制系统与程序的重新编制，以满足该类型零部件的生产加工需求。

本文将利用某数控系统中自带的宏程序以及循环指令，通过实例对于数控车加工非圆二次曲线零部件的程序编制进行分析论述。

一、非圆二次曲线零部件加工程序编制的思路分析通常情况下，在应用数控车自动控制系统以及程序功能进行零部件的加工生产中，对于结构形状比较简单的零部件，可以通过数控车自动控制系统本身的系统存储记忆与功能，实现对于简单以及常用几何形状的零部件进行自动控制加工与生产实现，但是，非圆二次曲线零件，由于零件结构本身的复杂性与多变形，使得数控车生产加工的数量与情况比较少，因此，数控车的自动控制系统就不能满足该结构类型的零部件生产设计与加工需求，就需要在数控车加工过程中，通过提编制该类型结构的数控车加工生产控制系统与程序来进行具有复杂性以及多样性的零部件加工生产实现。

车工技师论文车工技师论文车工技师论文--用普通数控车床准确加工母线为非圆曲线的工件摘要：讨论了用普通数控车床准确加工母线为非圆曲线工件的插补技术要点，编制了通用的加工程序生成软件。

只需将工件的母线方程和几何参数输入该软件，即可生成NC代码加工程序，并可在计算机上动画模拟加工全过程。

该软件应用于GSK-928型数控车床加工时取得了良好效果。

1引言普通数控车床的数控系统内存有限，计算功能不足，在拟合加工曲线时，一般只能采用直线插补和圆弧插补两种方式。

因此，用普通数控车床加工母线为非圆曲线的工件时较为困难，尤其对于一些母线较复杂而对形状精度要求较高的非圆曲线工件，其加工难度更大。

为简化母线为非圆曲线工件的加工程序编制，提高对该类工件的加工准确性和适应性，本文提出一种针对母线为非圆曲线工件的准确加工方法，并编制了相应的通用加工程序生成软件，经在数控车床上实际应用，效果良好。

2提高插补精度的技术要点2.1选择圆弧插补方式在选择加工曲线插补方式时，由于直线插补方式的曲线划分段数必须足够多才能保证较高加工精度，因此占用内存较大。

为兼顾对各种加工曲线的通用性，合理利用内存，保证较高加工精度，采用圆弧插补方式比较有利。

2.2以等弦长曲线内各微曲线的平均曲率半径作为插补圆半径曲线上某点的曲率圆与曲线在该点具有相同的切线和曲率。

用划分好的各曲线段的曲率半径作为圆弧插补半径，可使圆弧插补半径始终与曲线的弯曲程度较好吻合，从而保证较高的插补精度。

因此，求取准确的曲率半径是保证插补准确性的关键。

若以等坐标长对曲线进行划分，则对于沿该坐标不均匀变化的曲线，其在不同坐标点的曲线形状变化对曲率准确性的影响不容忽视。

为此，我们采用了沿曲线走向以等弦长进行曲线划分的方法。

由于该段曲线是以经过再细分的许多微线段的平均曲率半径作为其曲率半径，所以即使对于起伏较大、变化很不均匀的曲线，也能获得较好的拟合效果。

其实现方法为借助计算机快速、准确的运算能力，用极小的递增量划分曲线并计算各段微曲线的曲率半径，将所得点到起点的直线距离与指定长度相比较，一旦达到规定的弦长长度时即产生一个插补点，计算出该段所有微曲线的平均曲率半径并将其作为圆弧插补半径。