基于宏程序的非圆曲线轮廓数控车床加工

图1
非圆曲线加工，就是采用多段圆弧或直线逼近非圆曲线轮廓。

实际手工编程中，主要采用直线逼近法，即用直线段逼近非圆曲线。

先将非圆曲线沿某一坐标轴方向进行若干等分，得到一系列节点，将这些节点中的相邻两点用直线段连接起来，以这些直线段代替两点间曲线段，就可以得到得到近似的非圆曲线。

应用这些方法加工非圆曲线时，节点越密，直线越靠近曲线，即曲线段加工精度越高。

际加工时，并非节点数越多越好，因为随着节点数目的增加，
随之增加，所以确定合理的节点数非常重要，只要在保证加工精度的节点数越少越好。

O1234；
M03 S800 T0101 F0.2；
G00 X46.0 Z2.0；
＃1=30； 椭圆长半轴
＃2=20； 椭圆短半轴
＃3=30； 椭圆Z向起点
＃4=-22；椭圆Z向终点
＃5=＃2*SQRT[＃1*＃1-＃3*＃3]/＃1；计算椭圆拟合点的
G01 G42 X[2*＃5] Z[＃3-30]； 直线逼近拟合椭圆
＃3=＃3-1； Z向值等距变化更新
IF[＃3 GE ＃4] GOTO 1； 条件判定式构成循环。

数控车床加工椭圆类非圆曲线宏程序应用研究摘要：为了能够保证加工零件椭圆轮廓不同位置生产加工的实际要求，在加工内必须就需要应用坐标系旋转及坐标系平移方法，结合椭圆表达方程式，构建数控车装工件和传统坐标系之间关联，结合实例研究案例完成宏程序及粗车循环整体编程控制，真正实现零件加工。

数控车装加工椭圆类非圆曲线宏程序在实际应用内，可以完成不同椭圆轮廓在数控机床内生产，计算流程十分简单，具有良好应用前景。

椭圆属于代表性非圆曲线，本文在分析研究内以某型号数控车削系统作为研究案例对结合坐标系旋转及坐标系平移形式，加强实际生产和数控技能大赛结合，了解数控车装加工任意位置椭圆宏程序编制流程。

关键词：数控加工；宏程序；坐标平移；坐标旋转前言：一般情况下，数控车床主要具有两种指令，分别为直线指令和圆弧插补指令，零件轮廓形状相对简单情况下，直接可以应用直线插补指令借助手工编程形式实现零件生产加工要求。

科学技术水平在快速发展建设内，工业产品类别逐渐多样化建设，非圆曲线开始逐渐出现在零件内。

数控车床由于缺少非圆曲线插补功能，进而非圆曲线加工无法直接应用传统手工编程形式实现。

要是应用软件实现自动编程，所产生的程序数量将会较大，实用性及灵活性得不到有效保证。

宏程序在实际应用内，可以借助函数公式形式，分析了解工件轮廓，程序实用性及灵活性可以得到有效保证。

1、利用坐标平移与坐标旋转将原坐标系的点坐标转移为工件坐标系的新坐标零件在实际生产加工内，经常出现待加工和工件坐标系出现偏差问题，这就需要寻找待加工坐标系和加工工件坐标系之间关联，保证借助加工坐标系，构建专门非圆曲线方程。

数控车床轮廓在划分内，是在xoz平面上所实现，进而非圆曲线方程坐标系在设置内，坐标系内任何一点都应该由坐标旋转方法和坐标平移方法实现。

工件坐标系在生产完毕之后，工件可以获取全新坐标系。

因此，即便数控车床没有专门非圆曲线方程指令，但是依然可以借助坐标旋转指令及坐标平移指令，借助有关数据处理手段，完成非圆曲线方程在不同坐标系内处理任务。

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 。

在数控车床中，加工对象主要为各种类型的回转面，其中对于圆柱面、锥面、圆弧面和球面等的加工，可以利用直线插补和圆弧插补指令完成，而对于椭圆、抛物线等一些非圆曲线构成的回转体，加工起来具有一定的难度。

数控系统本身提供的直线插补和圆弧插补不能直接用于非圆曲线回转面的加工，因此，在数控机床上对椭圆、抛物线的加工大多采用小段直线或者小段圆弧逼近的方法来编制加工程序。

以下结合生产实习和技能大赛训练对车削抛物线轮廓的宏程序的编制方法进行探讨。

一、宏程序介绍使用变量编制可进行算术或逻辑运算，并能控制程序段流向的程序，称为用户宏程序。

在数控车削中，使用用户宏程序可方便地实现二次曲线(椭圆、抛物线等)的二维编程加工、孔口倒角编程加工等，可简化程序，提高编程效率，最大限度地发挥手工编程的优势。

数控车削系统为用户配备了强有力的类似于高级语言的宏程序功能，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，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。

常用的语句有以下两种：(1)条件判别语句IF，ELSE。

①：IF条件表达式…ELSE…END IF;②：IF 条件表达式…ENDIF。

(2)循环语句WHILE：WHILE条件表达式…ENDW。

以下实例采用WHILE语句编程。

二、公式曲线宏程序编制的基本步骤宏程序在实际编制过程中，根据编程者的实践经验、知识储备及习惯等因素会略有不同，以下提供的宏程序编制基本步骤供参考学习。

(1)根据给定的标准方程选定自变量并确定变量范围。

1)公式曲线中的X和Z坐标均可以选定为自变量，一般我们选择变化范围较大的一个。

2)根据表达式方便情况来选定X 或Z 为自变量。

如图1所示，公式曲线表达式为，将X选为自变量比较合适。

如选Z 还需要表达式变换，二次开方表达不太方便。

3)自变量选定以后，我们还要确定其变量的范围值。

数控编程与操作
教学模式改革-理实一体化授课教案
模块一数控车床的编程与操作
数车基本模块FANUC系统数控车床编程及操作课题十四非圆曲线轮廓的编程加工
导学材料
必学部分:教材：《数控车削编程与加工》非圆曲线加工部分选学部分：《数控铣削编程与加工》宏程序部分
教学安排：今日重点在于用宏程序加工对心凸椭圆。

教学反思：
用去除余量方法加工，编程比较麻烦，在FANUC上加工，G71中不能将宏程序放在循环程序中，但可以放在G73下的循环程序中，这样使得编程大为简化。

如下述例题中，工件右端程序可写成下列形式：
O0001
M03 S800 T0101；
G00 X40.0 Z2.0;
G73 U17. R10
G73 P1 Q2 U0.5 W0.3 F0.25
N1 G42 G00 X0;
#1=25; Z轴起始尺寸
WHILE [#1GT0]DO1; 判断椭圆是否走到Z轴终点
#2=17.0*SQRT[25*25－#1*#1]/25.0; X轴变量
G01X[2*#2] Z[#1－25.0] F0.1 椭圆插补
#1=#1-0.1 Z轴步距，每次0.2mm
END1
N2 G00 X38 退刀
X100 Z60
M00
M05
M03 S1000 T0101；
G00 X40.0 Z2.0;
G70 P1 Q2
G00 X100 Z60
M05
株洲技术学院工业自动化系数控加工技术教研室教学模式改革理实－体化教学课教案
根据宏程序可套在G73循环程序中对零件加工的思路，宏程序第二次上课的内容为利用G73下套宏程序的加工零件为教学重点。

11。

2.2.3铸件产生铸造缺陷的质量控制问题（1）吸气锌合金吸气问题比较突出，主要吸收氢气，吸气太多易引起气孔、疏松等缺陷，甚至产生废品，为减少吸气必须严格控制炉料及辅料质量，并且必须清洁、无油、用前预热，使用的所有工具必须除锈、预热、喷刷涂料，正确控制熔炼工艺，必要时加复盖剂保护下熔炼，应在除气后检查断口致密度；（2）偏析由于模具用锌基合金各元素比重差别较大，铸件易出现比重偏析，这使合金各处化学成分不一致，机械物理性能也不一致，易产生晶间腐蚀和热裂，熔化好的合金放置时间过长，搅拌不均匀，铸件模型设计成型方式不合理，都易产生比重偏析；（3）热裂要防止合金铸件在高温状态下固凝时形成裂纹，在设计模型时要尽量避免阻碍收缩、产生铸件阻力过大的问题，合金熔炼工艺的不合理及浇铸温度过高均易产生热裂；（4）合金的流动和成型锌合金的流动成型性能尚好但铸型导热能力太快和成型工艺性差也会造成成型不好和缺陷。

预热模具、合理设计模型、减少流动阻力，并增加合金液体充型的静压力，可以增加合金流动性使充型良好；（5）浇铸温度和冷凝条件对合金质量的影响铸件的机械性能在浇铸温度为420～450℃时较好，这个温度对防止热裂、冷凝收缩过大、吸气并保证较好的机械性能均是有利的，只有在成型特别困难的铸模，为提高合金的浇铸流动成型性能才适当提高浇铸温度。

3结语锌基合金用于制造模具，提高工期5倍以上。

降低成本至1/5以上，同时降低了模具的制造难度。

模具刃口损伤后能重复修复使用。

大大延长了模具使用寿命。

如果自己熔炼则成本更低，这种新材料新工艺值得在中小企业大力推广。

作者简介：和昆原（1964-），河南原阳人，高级工程师，焦作矿院机械制造专业，长期从事机械制造工艺及模具设计，电话：0371-67575961，电子信箱：hekunyuan001@.责任编辑：于秀文收稿日期：2012－07－23!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!煤矿机械Coal Mine MachineryVol.34No.01Jan.2013第34卷第01期2013年01月引言在数控车削加工过程中，经常会碰到如图1、图2所示的用数学方程描述的有规律的复杂非圆曲线。

项目十：宏程序加工非圆曲线轮廓一、知识能力目标：1.理论知识：学习宏指令编程基本知识；2.实践知识方面：学习用宏指令编程加工非圆曲线、三维倒角倒圆等。

二、教学实施：（一）宏指令编程在加工一些形状相似的系列零件或加工非直线、圆组成的曲线时，可以采用宏程序进行编程，减少编程工作量。

1.宏变量#1 —— #33 局部变量#100—— #999 公共变量#1000 —系统变量2.运算符与表达式（1）算术运算符 + - * /（2）条件运算符 EQ NE GT GE LT LE（3）逻辑运算符 AND OR XOR（4）函数 SIN[ASIN] COS[ACOS] TAN[ATAN] ABS SQRT FIX FUP ROUND LN EXP（5）表达式：用运算符连接起来的常数宏变量构成表达式如：175/SQRT[2] * COS[55 * PI/180 ]①赋值语句把常数或表达式的值送给一个宏变量称为赋值；格式：宏变量=常数或表达式如：#2 = 175/SQRT[2] * COS[55 * PI/180 ]#3 = 124.03.条件判别语句IF GOTO THEN（1）无条件表达式 GOTO n（2）IF[条件表达式] GOTO n（3） IF[条件表达式] THEN4.循环语句WHILE DO[1-3] END[1-3]（1）格式： WIIILE [条件表达式 ] DO[1-3]END[1-3]5.宏程序的调用G65 G66 G67（1）宏程序的非模态调用G65（2）宏程序的模态调用G66 G67三、编程实例（一）零件图(图3-30)。

数控车床加工抛物线的方法摘要：抛物线是一种非圆曲线，在数控车床上面加工比较常用的有两种方法。

一种是利用宏程序，另一种是利用CAD/CAM软件进行自动编程。

用户宏程序是以普通NC指令、采用变量的NC指令、计算指令和转移指令的组合，通过各种算术和逻辑运算、转移和循环等命令，而编制的一种可以灵活运用的程序，只要改变变量的值，即可完成不同的加工或操作，可以显著地增强机床的加工能力，同时可精简程序量。

我校常用的数控车的自动编程软件是CAXA，通过自动编程软件，利用计算机并以人机交互图形方式完成零件几何图形计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程。

这种编程方法适用于所有的机床，不仅可以提高程序的准确率，保证零件的加工精度，还大大提高了生产率。

关键词：宏程序自动编程抛物线车削加工一、宏程序编程1.原理：现在大多数数控机床的插补功能只有直线插补和圆弧插补两种插补功能 ,而没有非圆二次曲线(如椭圆、抛物线、阿基米德螺旋线等)插补功能。

对于有方程式的非圆二次曲线(如椭圆、抛物线等) ,在加工时可用直线或圆弧拟合。

由于直线拟合计算简单 ,数控系统运算量小 ,加工速度快 ,所以比圆弧拟合应用广泛。

采用直线拟合时 ,用等间距法更简捷 ,用宏程序容易实现。

等间距法是使某一坐标的增量相等 ,然后求出曲线上相应的节点 ,将相邻节点连成直线 ,用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线进行直线插补编程。

那么这种功能的实现就要用到宏程序。

使用用户宏程序时 ,用户把实现某种功能的一组指令像子程序一样预先存入存储器中 ,用一个指令代表这个存储的功能 ,在程序中只要指定该指令就能实现这个功能。

通常我们把这一组指令称为用户宏程序本体 ,简称宏程序 ,把代表指令称为用户宏程序调用指令 ,简称宏指令。

2.宏程序编程的优点：（1）．宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态计算能力，可以加工非圆曲线，如抛物线、椭圆、双曲线、三角函数曲线等；（2）．宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工；（3）．宏程序可以完成工艺路径一样，位置不同的系列零件加工；（4）．宏程序具有一定决策能力，能根据条件选择性地执行某些部分；（5）．使用宏程序能极大地简化编程，精简程序。