基于FANUC0i宏程序在双曲线车削加工中应用

2014-07-08刘旭

机械工程师 2014年10期

刘旭

（苏州市职业大学，江苏苏州 215104）

0 引言

在数控车削加工中，数控系统通常只具有直线和圆弧插补两种功能，而对于如图1 所示椭圆、双曲线、曲线螺纹等非圆曲线和非常规螺纹，利用宏程序可以方便、快捷地完成加工。通过宏程序变量赋值、变量运算、变量传递，极大地简化了程序，避免了一些专业CAM 软件自动生成加工程序出现可读性差、修改麻烦、占用内存的缺点。

图1 椭圆和曲线螺纹

现以FANUC 0i 系统为例，结合加工实践，探讨宏程序在双曲线车削加工中的应用。

1 双曲线的数学分析

图2 双曲线

平面内与两定点F1、F2的距离差的绝对值为常数2a 的点M 的轨迹叫做双曲线。如图2 所示，其中定点F1、F2在Y 轴上时其标准方程为

1.1 曲率对加工影响

曲线的曲率反映了曲线的弯曲程度，曲率越大，曲率半径越小，曲线弯曲严重；相反，曲率越小，曲率半径越大，曲线过渡平滑。在车削加工中，要充分考虑曲线的曲率，进行合理的刀具选择，否则将会产生过切、干涉等破坏加工表面的情况。

如图3 所示，双曲线上M 点处的曲率半径R最小，曲率最大。加工时，为了减小刀具对双曲线轮廓的影响，宜采用刀尖圆弧半径较小的尖头车刀。试验证明，选择刀片刀尖圆弧半径0.2 mm，主后角为6°～8°，可以有效避免以上情况，切削效果较好。

图3 双曲线曲率与曲率半径

1.2 双曲线函数变换

2 用户宏程序

用户宏程序可以允许使用变量、算术、逻辑运算、条件转移和循环控制，使得编制相同加工操作的程序更简洁、方便。用户宏程序功能指令可把实际值设定为变量，使宏程序更具有通用性，使用时，可用一条简单指令调出宏程序，和调用子程序一样。

2.1 变量

在使用用户宏程序时，数值可以直接指定或用变量指定，当用变量时，变量值可用程序或在MDI 操作面板上改变。变量用变量符号（#）和后面的变量号指定。根据变量号可以将变量分成空变量、局部变量、公共变量和系统变量4 种类型。其中局部变量为#1～#33。例#1=100，#2=200，G00 X#1 Z#2。

2.2 转移和循环

在宏程序中有3 种转移和循环操作可供使用：

1）GOTO 语句（无条件转移。格式：GOTO n，n 为顺序号（1-9999）。

2）IF［＜条件表达式＞］GOTO n。

3）在WHILE 后指定一个条件表达式，当指定条件满足时，执行从DO 到END 之间的程序，否则转到END 后的程序段。

注意：DO 后的号和END 后的号是指定程序执行范围的标号，标号值为1、2、3。若用1、2、3 以外的值将会产生P/S 报警NO126。

图3

2.3 宏程序调用

宏程序调用可用G65（非模态调用）和G66、G67（模态调用）两种方式，调用时，自变量可赋值到宏程序中。例如：G65 Pp Ll；p 为要调用的程序，l 为重复次数，默认值为1。文中采用G65 调用。

3 实例分析

如图4 所示，该零件尺寸精度要求较高，总体结构包括圆弧面、双曲线、圆柱面等。其中双曲线方程为x2/a2-z2/b2=1，实半轴为a，虚半轴为b。

3.1 双曲线编程

在如图4 所示含有双曲线零件的车削加工过程中，通常以Z 为自变量，X 作为Z 的函数，根据上述的函数变换，X=2a*SQRT［1+Z*Z/b*b］，Z 的变化区间选择［d，-d］，然后采用G01 直线拟合插补法，即Z 方向步距均匀叠加（通常步距选择0.02～0.05 mm），系统自动计算出X 值。由于图中零件的工件坐标系原点和双曲线的对称中心不重合，首先要将工件坐标系的原点偏置到双曲线的对称中心上，即G52 X0 Z（16+d）。为了保证编制宏程序的通用性，程序中双曲线的起始点及虚、实半轴全部采用变量方式，加工中用户只要根据需要进行赋值即可。