HNC-21T数控系统宏指令在曲线表面加工中的应用
2015-05-07邵永录
邵永录
（吉林工业职业技术学院化工机械系，吉林吉林132013）
0 引言
近年来，伴随数控设备的不断普及，机械制造企业对数控设备的依赖程度越来越高，但现有数控设备并未最大程度地发挥其本身具备的功能。在椭圆、抛物线、渐开线、双曲线、正弦曲线、余弦曲线等曲线表面加工中通过使用宏指令编程，可继续发挥原有数控机床的功能。本文结合企业生产中遇到的车削加工椭圆曲线表面问题，分析研究了在不同加工阶段的不同宏程序的编写方法，为企业实际生产中利用宏程序解决各种公式曲线表面操作带来一定的借鉴作用。
1HNC-21T宏程序基础
1.1 宏变量与常量
#0～#49为当前局部变量，#50～#199为全局变量，PI（圆周率π）及常数值等为常量。
1.2 运算符与表达式
+，-，*，/为算术运算符；EQ（=），NE（≠），GT（＞），LT（＜），GE（≥），LE（≤）为条件运算符；AND，OR，NOT 为逻辑运算符；SIN，COS，TAN，ATAN，ATAN2，ABS，INT，SIGN，SQRT，EXP等为函数。
表达式是用运算符连接常量、宏变量与函数构成的，如
1.3 赋值语句
给宏变量传递一个常数或表达式的值叫做赋值。如：#2=30；或
1.4 循环语句
格式：WHILE条件表达式
ENDW
例如：WHILE#1 GE 30//当条件满足时向下执行
……//执行指令
#1=#1+0.3//自变量递增（或递减）变化
ENDW//当WHILE后的条件不满足时，执行此句后面的程序
2 零件加工工艺
机械加工零件的车削加工工艺过程，通常是先进行粗加工，然后再进行精加工。粗加工时，对于外表面的加工先从直径最大处开始向直径较小部分过渡进行粗加工，对于内表面的加工则先从直径小的远端向直径较大的近端过渡加工。精加工则按实际轮廓轨迹进行数控加工。
针对如图1所示的零件椭圆曲面内孔表面，毛坯底孔为φ50孔，从毛坯底孔φ50加工到椭圆内孔最小径φ54，采用常规编程方案，这里不赘述，而曲线表面内孔部分，利用宏指令编程处理，通过使用内孔镗刀对其进行粗加工，然后进行精加工而成为最终的部分椭圆曲面表面。HNC-21T数控系统支持的粗、精加工宏指令编程方法可分为以下几种方案：
图1 椭圆内孔零件
2.1 粗加工方案
1）嵌入G71指令的精加工程序段，利用粗加工复合循环指令来进行粗加工；
2）使用G80指令，利用固定循环指令来进行粗加工；
3）使用宏程序直接实现粗加工。
2.2 精加工方案
1）直接写入G71指令的精加工程序段，实现精加工；
2）使用宏程序直接实现精加工。
3 程序设计
程序设计的基本过程是结合已知图形的已知条件，首先建立工件坐标系，然后求取曲线表面所在曲线的数学模型（即数学方程），然后是确定自变量，之后是通过自变量将因变量表示出来。
3.1 建立工件坐标系
如图2所示，在工件右端面几何中心建立工件坐标系，然后，根据已知条件进行数学模具的构建。数学模型为
图2 建立工件坐标系
3.2 设置自变量与因变量
设置Z坐标为自变量，用#1表示；则X坐标为因变量，用#2表示。使用前述的式（1）推导，则可得出使用#1表示的#2的表达式为：
#2=25*SQRT［1-（［#1］*［#1］）/1 600］+10
3.3 程序编写
3.3.1 粗加工程序
此段程序有三种写法：
第一种：嵌入G71指令的精加工程序段，实现粗加工。使用G71进行零件的粗加工，通常是将曲线段直接书写精加工宏程序，嵌入到精加工程序段中，Z向（#1）取值从最右向左方向进行，所以给Z（#1）赋初值为0，使其按递减方式逐渐减小到-30。
G00X40 Z15
G71 U1.5 R1 P10 Q20 E1
N10G00 X0
G01 Z0 F80
#1=0
WHILE#1 GE-30
#2=25*SQRT［1-（［#1]*［#1］）/1600］+10
G01 X［2*［#2］］Z［#1］F80
#1=#1-0.05
ENDW
N20 G01 X30 F80
G00 Z15
第二种：使用G80指令，实现粗加工。使用G80进行零件孔的粗加工，通常都是从最小圆直径远端处逐渐向直径较大的近端方向进行加工，即自变量Z向取值从最左向右方向取值，所以给Z（#1）赋初值为-30，使其按递增方式逐渐增大到0。
G00 X40 Z15
#1=-30
WHILE#1 LE 0
#2=25*SQRT［1-(［#1］*［#1］）/1600］+10
G80 X［2*［#2］+1］Z［［#1］+0.5］F100
#1=#1+1
ENDW
第三种：使用宏程序直接实现粗加工。使用宏程序直接实现粗加工，通常也是从最小圆直径远端处逐渐向直径较大的近端方向进行加工，因此自变量Z向取值也是从最左向右方向取值，所以给Z（#1）赋初值为-30，使其按递增方式逐渐增大到0。
G00 X40 Z15
#1=-30
WHILE#1 LE 0
#2=25*SQRT［1-（［#1］*［#1］）/1600］+10
G00 X［2*［#2］+1］
G01 Z［［#1］+0.5］F100
G01 U4
G00 Z15
#1=#1+1
ENDW
3.3.2 精加工程序
此段程序有两种写法，第一种是嵌套到G71指令的精加工程序段实现，第二种方法是直接书写程序进行精加工。两种方法的程序曲线部分加工程序相同，如下所示：
#1=0
WHILE#1 GE-30
#2=25*SQRT［1-（［#1］*［#1］）/1600］+10
G01 X［2*［#2］］Z［#1］F80
#1=#1-0.05
ENDW
4结语
综上所述，在实际生产中，结合已知条件构建数学模型，然后设置合适的自变量，将因变量用自变量准确表达出来，然后是利用HNC-21T数控系统的宏程序指令语言编写加工程序，可灵活应用粗加工的三种方法之一，从而解决粗加工问题，精加工可参照前述两种编程方法完成。HNC-21T数控系统中曲线表面零件的粗、精加工中较其它品牌数控系统适应性强，运用性灵活，编程方法多种多样，能够适用椭圆、抛物线、双曲线、渐开线等曲线的编程需求，可满足企业的实际生产需求。
［1］ 邵永录，陈秀萍.巧用宏程序解决企业的数控加工问题［J］.现代交际，2009（12）：94-95.
［2］ 张明，李平，苗发祥，等.FANUC系统切削非椭圆曲线零件的宏程序编程［J］.机械工程与自动化,2015(2)：196-197，199.
