宏程序在非圆曲线内轮廓加工中的应用

刘帅（北京城市学院，北京　101300）

宏程序在非圆曲线内轮廓加工中的应用

刘帅
（北京城市学院，北京101300）

提出了非圆曲线内轮廓加工宏程序编程方法，以非圆曲线内轮廓椭圆为例，分析了内轮廓椭圆宏程序编制流程和刀具轨迹，应用宏程序的循环语句编制了内轮廓椭圆宏程序，为解决数控车削非圆曲线内轮廓加工技术难的问题提供了参考依据。

宏程序；内轮廓椭圆；数控车削

0　引言

所谓的 “数控编制”是指由分析零件图样到程序检验、加工样件的全部过程。数控机床程序编制的方法有两种，即手工编程和自动编程。在数控车削加工中，不具备非圆曲线类的零件，可运用数控系统具有的直线和圆弧插补运算在CAD/CAM软件中自动生成程序完成零件的加工。而对于像椭圆、抛物线等非圆曲线类的零件，则数控系统提供的直线和圆弧插补功能无法满足加工需求。虽然CAD/CAM软件自动生成程序可完成此类零件的加工，但因其生成的程序冗长、精度难以控制、程序修改困难等缺点，不能很好的解决非圆曲线类零件的加工。

针对非圆曲线类零件加工存在的技术难点，通过分析宏程序编程格式和编程特点，以非圆曲线内轮廓椭圆为例，分析了非圆曲线内轮廓回转体类零件的编程特点，应用宏程序的循环语句编制了内轮廓椭圆加工的宏程序。为研究宏程序在非圆曲线内轮廓零件中的应用提供了参考依据。

1　宏程序

宏程序是带自变量的手工编程的精髓，用户可以使用自变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算［1］。可以使用宏程序提供的跳转语句、循环语句和子程序调用语句等功能解决非圆曲线类零件的加工。比CAD/ CAM软件自动生成的程序更加快捷、迅速，充分弥补自动编程的不足等特点。FANUC数控系统采用宏程序分为A类用户宏程序和B类用户宏程序两种。A类宏程序以G65Pxx Lxx的格式输入，而B类宏程序则是以直接的公式和语言输入，在FANUC OI系统中应用比较广泛［2］。

本文以FANUC 0i数控系统采用B类用户宏程序为例，进一步说明宏程序在内轮廓非圆曲线中的应用。宏程序具有以下三个特点：①可以在用户宏主体中使用变量；②可以进行变量之间的运算；③可以用户宏命令对变量进行赋值［3］。宏程序中变量的定义是在符号#后指定一个数字或一个表达式来定义。宏程序共分空变量（#0）；局部变量（#1～#33）；公共变量（#100～#199），（#500～#999），系统变量（#1000～）四种类型。利用变量可以进行算术运算、函数运算和逻辑运算。

宏程序语句包含算术或逻辑运算、控制语句（如GO-TO、DO、END）、宏程序调用指令 （如用G65、M98代码调用宏程序）的程序段。在一般的加工程序中，程序按程序段在存储器内的先后顺序依次执行，使用转移或循环语句可以改变、控制程序的执行顺序。下面分别介绍宏程序的三种转移和循环语句以及子程序调用指令。

1.1WHILE循环语句作用：当指定的条件满足时，执行WHILE从DO 到END之间的程序。否则，转到END后的程序段。其中，m为标号，标明嵌套的层次，即WHILE语句最多可嵌套三层。

上述条件表达式中必须包括运算符且用括号 “［］”封闭。运算符由两个字母组成，插在两个变量中间或变量和常数中间，用于两个值的比较，以决定他们是相等还是一个值小于或大于另一个值。常见的运算符见表1。

表1　运算符Tab.1 Operator

1.2子程序调用指令

在大多数数控系统中，子程序和主程序并无本质区别。子程序和主程序在程序号及程序内容方面基本相同，仅结束标记不同。主程序用M02或M30表示结束，而子程序在FANUC系统中则用M99表示子程序结束，并自动返回主程序功能。子程序在FANUC 0系列的系统中，子程序的调用可通过辅助功能指令进行，同时在调用格式中将子程序的程序号地址改为P，其常用的子程序调用格式如下：

M98 P××××L××××；

地址符P后面的4位数字为子程序号，地址L后面的数字表示重复调用的次数，子程序号及调用次数前的0可省略不写。如果仅调用一次则地址L及其后的数字可省略不写。

2　宏程序编制

下面以内轮廓椭圆工件为例，分析其宏程序的编制方法。采用的数控车床为FANUC 0i TC数控系统，工件毛坯为￠50×100，材料为铝。内轮廓椭圆长半轴40 mm、短半轴10 mm，建立如图1所示的工件坐标系。

2.1工件内轮廓编程

如图1所示，工件的右端面与轴线的交点设计为工件原点，其编程坐标系X轴、Z轴方向如图1所示。该零件加工遵循从右至左、由近至远的加工原则。先用￠16mm的钻头手动进给完成钻削，再用￠12mm的内孔车刀编制G71和

G70循环指令粗精加工￠20的内孔，最后编制宏程序完成内轮廓椭圆的加工。

零件进行手动钻孔后，为保证精度，先进行内孔车削，确定其加工主程序。并确定内轮廓椭圆加工时镗刀的起刀点，在主程序嵌入内轮廓椭圆宏程序的调用指令M98。其主程序如表2所示。

图1　内轮廓椭圆零件全剖视图Fig.1 The full profile view of the inner contour ellipse parts

表2　零件主程序Tab.2 Part main program

2.2工件内轮廓椭圆宏程序设计

图2　内轮廓椭圆宏程序直线逼近路径Fig.2 The path of the linear approximation of the macro program in the inner contour

2.3内轮廓椭圆孔宏程序编制

经上述工艺和宏程序设计思路，编制出宏程序流程如图3所示。依据内轮廓椭圆所设计的刀具轨迹以及宏程序流程图，编制其宏程序如表3所示。

图3　内轮廓椭圆宏程序流程图Fig.3 Inner outline elliptic macro program flow chart

以上内轮廓椭圆宏程序在FANUC 0i TC数控系统运行良好，并完成了该工件的加工，其实物如图4所示。

3　结论

利用宏程序的循环语句编制了内轮廓椭圆零件的宏程序，该宏程序在FANUC 0i TC系统上运行良好，很好地解决了数控车床上加工非圆曲线内轮廓工件的技术难题，拓展了宏程序在数控车削非圆曲线类零件的应用范围。

表3　内轮廓椭圆宏程序Tab.3 Internal contour ellipse macro program

图4　内轮廓椭圆工件加工实物图Fig.4 Machining of inner contour ellipse workpiece

［1］黄启红.宏程序在非圆曲线类零件车削加工中的应用 ［J］.制造业自动化，2011，9.

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［3］黄康美.数控加工工艺与编程［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2006.

［4］吴胜强.宏程序在非圆曲线轮廓加工中的应用［J］.机床与液压，2009，4.

［5］张华，李增平，何世松.基于宏程序的非圆曲面数控车削编程［J］.制造业自动化，2010，6.

［6］程启森.非圆曲线的宏程序编制方法应用研究［J］.现代制造工程，2010，3.

［7］葛卫国.基于宏程序在数控车床编程中的运用与探讨［J］.制造业自动化，2010，4.

［8］何成文.基于宏程序的抛物线曲面加工程序应用研究［J］.煤矿机械，2006，12.

Application of Macro Program Instructions in the Non-circular Curve Inside Profile Machining

LIU Shuai
（Beijing City University，Beijing 101300，China）

The method of how to procese the internal non-circular curve profile by macro program was put forward.Take the inner outline of ellipse as an example，through analysed the process by the macro-program of the inner outline of ellipse，using loops of macro-program，it programs the CNC processing program for internal Surface of elliptic，and provides evidence to solve the difficult problem how to machine non-circle curve contour in the CNC turning machining.

macro program；hole of ellipse；CNC turning

TG659

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.046

1002-6673（2015）05-124-03

2015-06-11

刘帅，教师，学士学位。研究方向：数控加工技术。