宏程序在椭圆加工中的应用

结加甲

(三门峡市高级技工学校，河南 三门峡 472000）

车削椭圆在数控车床高级工学习中是很重要的一个课题。 在普通车床学习中我们常采用小圆弧逼近的加工方法，但在数控车床上这种方法显然不符合精度和尺寸的要求；常见的数控系统又没有相对应的非圆曲线插补功能，使手工编程难度大大增加；虽然现在有计算机辅助编程，但是一方面购置电脑和软件、招聘独立软件员会使加工成本增加，另一方面计算机辅助编程程序繁琐冗长，不易修改，不便于同类别零件的批量加工。 宏程序可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，减少了手工编程时的繁琐运算；采用循环语句、分支语句和子程序调用等语句，精简了程序量，又能够用修改个别字符的方法改变整个程序，利于同类别零件的批量加工。 本文以椭圆加工为例，采用B 类宏程序，利用椭圆标准方程计算方法，详细说明宏程序在椭圆加工中的优势和特点。

1 宏程序介绍

宏程序就是数控系统根据用户提供的计算公式， 自动识别、计算、插补完成公式曲线的加工。 宏程序包含算术运算、逻辑运算、条件转移等内容，通过局部变量的改变、条件或非转移，达到不断修正插补路线、满足公式曲线要求，完成非圆曲线、有规律变化图形的加工。 宏程序的最大特点就是程序段精简、实用，具有易读性和易修改性。 能够在最短时间内编制出简捷实用的加工程序，加工出合格的零件，是数控车工不断的追求。

1.1 算术运算、逻辑运算与条件转移语句

1）算术运算主要是指加、减、乘、除、三角函数等。 在宏程序中经常使用的算术运算有：

?

常见格式有：#1=#2+#3；#1=SQRT[#1*#1-#2/600]。

2） 逻辑运算通常是指两个数值的相互比较或者对应关系。 在数控车工宏程序中，主要是两个数值的大小比较，常用的运算有：

?

常见格式有：IF[#1GT0]GOTO060。

3）宏程序中的常用条件转移语句有：

?

1.2 变量与赋值

1）变量是指在一个程序段内数值可以变化的量。 变量主要分为三种类型：一是空变量，指赋值为空或永远为空的变量。比如#0 就是空变量， 或者其他不具体设置数据的变量也称为空变量。 二是局部变量，编程常用的变量，用于宏程序中的数据记忆，断电时清空，比如#1=10，在这个执行程序中有效，程序执行完毕后数值清空，再执行另一个程序时，如果不赋值，即使写了#1 也是一个空变量，不起任何作用。 三是系统变量，用于识别、记忆、改变CNC 系统设置数据的变化。 比如#1173 为“备用缓冲区”。

2）赋值是指将一个数值赋予给一个变量。 如：#1＝10，则表示#1 的值是10。 其中#1 代表变量，10 就是给变量#1 赋的值。这里的“＝”号是赋值符号，起定义性作用。 赋值有几项规定：一是赋值号左边只能是变量，右边只能是常数或表达式；二是一句赋值语句只能给一个变量赋值；三是可以多次给同一个变量赋值，新的变量值取代旧的变量值；四是赋值运算中，表达式可以为变量自身和其它数值的运算结果， 如：#1＝#1＋10， 则表示#1 的值为#1 再加上10， 它的运算顺序与数学运算顺序相同；五是变量号所对应的变量，对每个地址来说，都有具体数值范围，比如#1=1000，那么M#1 显然是不合理的；六是变量号也可以重新赋值， 比如# [#1]， 如果#1=30， 那么这个表达式就是#30。

2 椭圆的宏程序加工

2.1 椭圆的加工

图示为一个长半轴30 短半轴20 的一个正椭圆， 在数控车工的加工中，主要有以下几个加工内容：1）从点A 车至点D，点A 坐标值为（X0.Z0.）；2）从点A 车至点C，点A 坐标值为（X 0.Z0.）；3）从点B 车至点D，点B 坐标值为（X30.24Z0.）；4）从点B 车至点D，点B 坐标值为（X30.24Z-15.）。

2.2 椭圆标准方程的数控编程推导

数学课程中这样表达：当焦点在X 轴时椭圆标准方程为：x2/a2+y2/b2=1（a＞b＞0)。 对应数控车床的工件坐标系，我们可以改为x2/a2+z2/b2=1（b＞a＞0)。G73 指令加工时，重点使用G01 进行仿形加工，在公式计算时，已知Z 值求X 值，那么公式就换成了只要使用宏程序的格式转换即可。

2.3 椭圆的加工程序

先从第一个加工内容开始，从点A 车至点D，点A 坐标值为（X0.Z0.），使用G73，只写主要加工程序：

N0010 #1=20

N0020 #2=30

N0030 #3=#1*SQRT[1-#2*#2/900]

N0040 G01 X[2*#3] Z[#2-30] F0.1

N0050 #2=#2-0.5

N0060 IF [#2 GE -20] GOTO 030

N0070 M30

程序说明：N40 段X 值为2 倍的短半轴值（以椭圆角度考虑），主要是直径编程，Z 值只所以#2-30，只是为了符合工件坐标系， 后面的-30 可以根据情况而定 （下例说明）；N20 和N60段的Z 值是椭圆中的20 和-20，这个要和坐标系的值区分开。

第二个加工内容，从点A 车至点C，点A 坐标值为（X0.Z 0.）， 只需要将上例中的N0060IF [#2GE-20]GOTO 030 改为N0060 IF[#2GE0] GOTO 030 即可。

第三个加工内容， 从点B 车至点D， 点B 坐标值为（X30.24Z0.） 只需要将上例N0020#2=30 中的#2=30 换为#2=20，N0040G01X[2*#3]Z[#2-30]F0.1 中的Z[#2-30]换为Z[#2-20]即可。如果B 点加直径变为椭圆弧度时，将所加半径加上#3 再乘以2 即可。

第四个加工内容， 从点B 车至点D， 点B 坐标值为（X30.24 Z-15.），只需要将上例N0020 #2=30 中的#2=30 换为#2=20，N0040 G01 X[2*#3] Z[#2-30] F0.1 中的Z[#2-30]换为Z[#2-35]即可。

3 反思与思考

宏程序在车削椭圆时有它独到的一面，简捷实用、易读易改，比小圆弧法精确，比计算机辅助编程简捷易改，是手工编程中很有必要掌握的一种编程方法。 在实际应用中对操作工数学基础和逻辑思维能力要求较高， 宏程序不仅仅能够车削椭圆，还能够车削抛物线、正弦曲线、双曲线，更能车削圆弧、锥度、螺纹，关键是操作工如何去理解、使用的问题。 在具体的加工中，粗精加工要分开，变量的大小关乎尺寸和精度，要合理应用。 宏程序不拘泥于某一个加工指令，只存在是否合适、合理的问题，能够巧妙的利用宏程序，在最短时间内编制出简捷实用的加工程序是我们不变的目标。