基于宏程序的非圆弧曲线数控程序的编制

丁刚强

(柳州五菱汽车工业有限公司 制造工程部，广西 柳州 545007)

随着社会的发展，现代产品的更新换代特别频繁，逐步朝小型化、大功率、复杂化、高精度方向发展。在机械制造业中，具有非圆弧曲线（椭圆、双曲线、抛物线、一般二次曲线和阿基米德螺旋线等曲线）结构形状的零件，应用也日趋广泛，如继电器触点的铆头、微波天线，波导元件、模具型芯、汽车观后镜、汽车车灯等零件，这些零件往往是较难加工的。

应用传统的靠模加工法柔性差，不能满足这类产品多样化、更新换代快的要求。只有采用柔性好、加工精度高的数控加工方法，才能满足市场的要求。一般情况下，数控机床只有直线插补和圆弧插补的功能，对于非圆弧曲线轮廓的加工将无能为力。利用用户宏程序，以无限小的直线段或圆弧段来逼近零件轮廓，就能完成非圆弧曲线的加工。

1 非圆弧曲线的编程原理的分析

在普通数控机床系统中，只有直线插补的G1 指令和圆弧插补的G2/G3 指令，因此，仅用上述3个G指令，将难以完成诸如椭圆、抛物线、渐开线以及螺旋线等这些非圆弧曲线的加工；一般采用小直线段或小圆弧段来逼近零件轮廓，只有将零件的轮廓加工误差控制在允许的公差范围内即可，见图1所示。

图1 非圆弧曲线零件轮廓的“逼近”加工

一般情况下，借助CAD/CAM 软件，如UG、PRO/E 等，先在CAD 环境下画出具有非圆弧曲线结构的零件，然后在CAM 环境下生成数控加工程序，即可完成非圆弧曲线轮廓的加工。但这种编程方法缺点，是生成的程序占用空间大，特别是加工高精度的非圆弧曲线轮廓，因而对数控系统要求较高。

数控系统的用户宏程序功能，其实质就是允许用户设定一自变量，其他参数随自变量变化而变化，进行参数化编程，当满足条件时，执行循环加工程序；不满足条件时，退出循环结束程序。其特点是能进行重复性执行程序，且程序段数少。因此，利用数控宏程序编写非圆弧曲线轮廓程序，既能用无限逼近之方法加工非圆弧曲线轮廓，又可避免因采用CAD/CAM软件出程序占用内存空间大的缺点。

2 利用宏程序编制加工非圆弧曲线

在普通数控程序编制中，只能使用常量，一个程序通常只能描述一个几何形状，缺乏灵活性和适应性。宏程序的主体，是由变量的定义、赋值、运算、转移、循环、判断能及报警、计时、运动指令等组成，并以一定的格式写成的程序。用户宏程序指令功能，是由用户根据各自的需要编制出宏指令，并以子程序形式装入存储器，以便用户随时通过简单的操作，就能将其调入数控指令主程序中，实现复杂的轮廓加工，我们从以下两个实例进行分析。

2.1 利用宏程序编制椭圆加工程序

以石油压裂车上的一个零件为例（如图2所示），编制在数控铣床上加工轮廓呈椭圆的宏程序。

图2 石油压裂车上椭圆零件图

其标准方程为

其参数方程为

将圆心角的增量设为Δθ=1°，初始参数θ=0°，在FANUC 0I-MATE 数控系统中，编制宏程序如下：

2.2 利用宏程序编制抛物线加工程序

以汽车前灯的反射罩为例，如图3所示，编制在数控铣床上加工旋转抛物体的宏程序。

图3 汽车前灯的反射罩曲面图

经坐标变换后的方程为

根据需要的变量，设定相应的地址码，其含义见表1。

表1 变量地址码含义表

在FANUC 0I-MATE 数控系统中，编制宏程序如下：

3 结束语

由此可见，借宏程序指令编制非圆弧曲线轮廓的加工程序，首先必须确定描述该曲线的函数关系，然后通过相应的转化建立数学模型，选择数控系统提供的变量，编制宏程序。其解决了利用CAD/CAM方法编制非圆曲线零件程序所带来的程序量大的弊端，实现了对非圆弧曲线复杂零件的高精度加工，在生产中得到了广泛的应用，甚至一些按规律排列的多工位工件加工均可用宏程序指令简便实现。

[1]姜 海，王明旭，田春艳.宏指令编程在函数方程曲线加工中的应用[J].机床与液压，2002，（5）：P158～P161。

[2]滕 汶.数控编程中用户宏程序应用[J].机械工人（冷加工），2003，（11）：73.

[3]日本法那科数控系统FANUC 0I-MATE 编程说明书[K].北京：北京法那科数控公司，2004.