在數(shù)控車床中，加工對(duì)象主要為各種類型的回轉(zhuǎn)面，其中對(duì)于圓柱面、錐面、圓弧面、球面等的加工，可以利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)指令完成，而對(duì)于橢圓、拋物線等一些非圓曲線構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體，加工起來具有一定的難度。數(shù)控系統(tǒng)本身提供的直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)不能直接用于非圓曲線回轉(zhuǎn)面的加工，因此，在數(shù)控機(jī)床上對(duì)橢圓、拋物線的加工大多采用小段直線或者小段圓弧逼近的方法來編制加工程序。

 

　　在本文中選用FANUC Oi TC數(shù)控車削系統(tǒng)，結(jié)合車削橢圓輪廓的宏程序的編制方法進(jìn)行探討。

 

　　1 FANUC車削系統(tǒng)宏程序概述使用變量編制可進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，并能控制程序段流向的程序，稱為用戶宏程序。在數(shù)控車削中，使用用戶宏程序可方便地實(shí)現(xiàn)二次曲線（橢圓、拋物線等）的二維編程加工、孔口倒角編程加工等，可簡(jiǎn)化程序，提高編程效率，*大限度地發(fā)揮手工編程的優(yōu)勢(shì)。FANUC 0i系統(tǒng)提供兩種用戶宏程序，即用戶宏程序A和用戶宏程序B.用戶宏程序A可以說是FANUC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置功能，任何配置的FANUC系統(tǒng)都具備此功能；而用戶宏程序B雖然不算系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置功能，但是絕大部分的FANUC系統(tǒng)也支持用戶宏程序B.用戶宏程序B提供了更豐富的編程功能，它允許使用變量、算術(shù)和邏輯操作及條件分支，使用戶可以自行編輯軟件包、固定循環(huán)程序。本文主要介紹宏程序B功能。在一個(gè)程序中，控制流程可以用GOTO、IF及WHILE語句改變。3種分支循環(huán)語句如下所示。

 

　　①GOTO語句（無條件分支）功能：轉(zhuǎn)向程序的第N句。當(dāng)指定的順序號(hào)在1～9999以外時(shí)，出現(xiàn)128號(hào)報(bào)警，順序號(hào)可以用表達(dá)式。格式：GOTO N；N是順序號(hào)（1～9999）②IF語句（條件分支：if…）功能：在IF后面指定一個(gè)條件表達(dá)式，如果條件滿足，轉(zhuǎn)向第N句，否則執(zhí)行下一段。格式：IF［條件表達(dá)式］GOTO N.

 

　　③WHILE語句（循環(huán)語句while…）功能：在WHILE后指定一個(gè)條件表達(dá)式，條件滿足時(shí)，執(zhí)行DO到END之間的語句，否則執(zhí)行END后的語句。格式：WHILE［條件表達(dá)式］DO M；（M =1，2，3）…END M；M只能在1、2、3中取值，否則出現(xiàn)126號(hào)報(bào)警。本文實(shí)例采用IF語句編程。

 

　　2公式曲線宏程序編制的基本步驟宏程序在實(shí)際編制過程中，根據(jù)編程者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)儲(chǔ)備及習(xí)慣等因素會(huì)略有不同，本文提供的宏程序編制基本步驟：2.1根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)方程選定自變量并確定變量范圍。2.1.1公式曲線中的X和Z坐標(biāo)均可以選定為自變量，一般選擇變化范圍較大的一個(gè)。

 

　　如所示，Z值變量為12，X值變量小于8，選擇Z為變量值。2.1.2根據(jù)表達(dá)式方便情況來選定X或Z為自變量。如拋物線公式曲線表達(dá)式為Z=- X 2 /12，將X選為自變量比較合適；如選Z還需要表達(dá)式變換，二次開方表達(dá)不太方便。2.1.3自變量選定以后，還要確定其變量的范圍值。自變量為Z，按照工件坐標(biāo)系計(jì)算，Z從0變化到- 12，按照橢圓中心點(diǎn)計(jì)算，Z從13變化到1，在編程時(shí)按照橢圓中心點(diǎn)計(jì)算變量值。

 

　　2.2根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)方程確定因變量相對(duì)于自變量的表達(dá)式。中，橢圓在工件坐標(biāo)系中的標(biāo)準(zhǔn)方程表達(dá)式為：Z 2 /a 2 +X 2 /b 2 =1，自變量為Z，因變量為X，則X的表達(dá)式為：凸橢圓取+號(hào)，凹橢圓取-號(hào)。

 

　　2.3根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)方程確定相對(duì)于工件坐標(biāo)系的偏移量。在實(shí)際加工過程中，遇到的公式曲線位置存在多種形式，如公式曲線的中心點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合、公式曲線的中心點(diǎn)與Z軸或X軸重合、公式曲線的中心點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的任意位置、公式曲線的凸凹形狀等，這就要求在編輯程序的時(shí)候考慮曲線中心點(diǎn)與工件坐標(biāo)系的相對(duì)位置關(guān)系。橢圓Z向中心點(diǎn)相對(duì)于工件坐標(biāo)系零點(diǎn)偏移量為負(fù)向13，X向無偏移，所以在編輯程序過程中G01 X<2105> Z<103- 13>體現(xiàn)出Z向的偏移值。

 

　　2.4編制程序。相關(guān)的表達(dá)式、變量因素值已經(jīng)確定，準(zhǔn)備編制程序。車床回轉(zhuǎn)體類零件加工存在大的毛坯余量，采用G73循環(huán)指令與宏程序嵌套完成橢圓面加工，也可采用M98子程序調(diào)用完成加工。

 

　　3公式曲線宏程序編程的具體應(yīng)用實(shí)例解析3.1 Z向偏移凸橢圓零件加工。任務(wù)：采用數(shù)控車床完成如所示零件的加工，毛坯尺寸為φ30mm×100mm，材料為45鋼。按圖樣要求完成零件節(jié)點(diǎn)、基點(diǎn)計(jì)算，設(shè)定工件坐標(biāo)系，制定正確的工藝方案（包括定位、夾緊方案和工藝路線），選擇合理的刀具和切削工藝參數(shù)，編寫數(shù)控加工程序，掌握零件的加工、檢驗(yàn)等完整工作過程的知識(shí)、技能。項(xiàng)目分析：該零件表面由圓柱面、圓錐面、橢圓曲線面表面組成，加工時(shí)必須引入刀尖圓弧半徑補(bǔ)償才能保證加工的尺寸和精度，尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。從給定的毛坯尺寸看，該工件在加工時(shí)只需要一次裝夾到位，手動(dòng)切斷即可，注意夾持部分及露出部分長度的適當(dāng)控制。

 

　　根據(jù)上述分析，按照公式曲線宏程序編制的基本步驟給出如下參考程序：N10 G98；設(shè)定分進(jìn)給N20 T0101 M03 S800；換1號(hào)刀具，調(diào)入刀偏值，主軸轉(zhuǎn)速800r/min N30 G00 X31. Z3.；快速定位到循環(huán)起點(diǎn)N40 G73 U10. W8. R10.；封閉輪廓復(fù)合循環(huán)U：X軸方向退刀量，W：Z軸方向退刀量，R：粗切次數(shù)N50 G73 P60 Q210 U0.4 W0.1 F150；P60：粗加工**程序段號(hào)，Q210：粗加工*后程序段號(hào)，U：X軸方向精加工余量0.4mm，W：Z軸方向精加工余量0.1mm，F(xiàn)：粗車進(jìn)給速度150mm/min N60 G01 X0；N70 Z0；輪廓加工起點(diǎn)N80 101=13.；橢圓長半軸N90 102=8.；橢圓短半軸N100 103=13.；橢圓加工的Z軸起始尺寸（以橢圓中心開始計(jì)算，起點(diǎn)在右半軸的頂點(diǎn)處）N110 IF <103 LT 1.> GOTO 170；判斷是否走到Z軸終點(diǎn)，是則跳到N170程序段繼續(xù)加工N120 104=SQRT<101101- 103103>；N130 105=8.104/13.；X軸變量N140 G01 X<2.105> Z<103- 13.>；橢圓插補(bǔ)N150 103=103- 0.5；Z軸步距，每次0.5mm N160 GOTO 110；當(dāng)沒有走到Z軸終點(diǎn)時(shí)，跳轉(zhuǎn)到N110程序段N170 G01 X20. Z- 18.；加工錐面N180 Z- 28.；N190 X24.；N200 X26. Z- 29.；N210 Z- 38.；N220 G00 X80. Z50.；快速退刀N230 M05；N240 M00；N250 M03 S1500 F80；精加工轉(zhuǎn)速1500r/min，進(jìn)給80mm/min N260 G42 G00 X31. Z3.；快進(jìn)到精加工起點(diǎn)，加入刀尖半徑補(bǔ)償N270 G70 P60 Q210；執(zhí)行精加工程序段N280 G40 G00 X80. Z50.；快速退刀，撤消刀具半徑補(bǔ)償N290 M05；主軸停止N300 M30；程序結(jié)束上述實(shí)例在前面已做簡(jiǎn)要分析，下面擴(kuò)展實(shí)例如下。

 

　　3.2 X、Z向均有偏移凹橢圓零件加工。根據(jù)實(shí)例1的分析過程，本實(shí)例考察難點(diǎn)在橢圓中心X、Z兩個(gè)方向都有偏移程序的編制。零件在編程時(shí)，我們可以套用實(shí)例1的編程格式，兩者區(qū)別在于橢圓形狀的凸凹、中心點(diǎn)的偏移位置及變量起止點(diǎn)的計(jì)算。

 

　　參考程序如下：……N10 101=40.；橢圓長半軸N11 102=24.；橢圓短半軸N12 103=12.；橢圓Z向起始點(diǎn)（相對(duì)于橢圓中心的數(shù)值）N13 IF <103 LT <- 26.46> GOTO 19；；判斷是否走到Z軸終點(diǎn)，是則跳到N19程序段繼續(xù)加工N14 104=SQRT<101101- 103103>；N15 105=24.104/40.；X軸變量N16 G01 X<84.- 2.105> Z<103- 44.>；橢圓插補(bǔ)N17 103=103- 0.5；Z軸步距，每次0.5mm N18 GOTO 13；N19……

 

　　結(jié)束語利用數(shù)控車床加工橢圓曲線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.車削后工件的精度與編程時(shí)所選擇的步距有關(guān)。步距值越小，加工精度越高；但是減小步距會(huì)造成數(shù)控系統(tǒng)工作量加大，運(yùn)算繁忙，影響進(jìn)給速度的提高，從而降低加工效率。因此，必須根據(jù)加工要求合理選擇步距，一般在滿足加工要求前提下，盡可能選取較大的步距。b.對(duì)于橢圓中心與Z軸不重合的零件，需要將工件坐標(biāo)系進(jìn)行偏置后，然后按文中實(shí)例所述的方法進(jìn)行加工。c.編程時(shí)要考慮曲線的凸凹情況，兩者區(qū)別在于直線插補(bǔ)逼近曲線程序段中的X坐標(biāo)變化。d.橢圓內(nèi)輪廓車削編程與外輪廓相似，主要考慮中心點(diǎn)位置、凹凸情況及起止點(diǎn)位置，讀者可根據(jù)上述實(shí)例自行套用編制。

 

　　本文選取的實(shí)例都已在配置FANUC Oi TC系統(tǒng)的數(shù)控車床上實(shí)際運(yùn)行加工通過，對(duì)于編程中F、S、ap等參數(shù)可根據(jù)加工實(shí)際環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，給定值可供參考。上述程序可作為公式曲線宏程序編程模板使用，只需要更改個(gè)別參數(shù)值即可，希望各位讀者多提寶貴意見，共同交流學(xué)習(xí)進(jìn)步。