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(lái)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(lái)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(shuō)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(yǔ)句改變。3種分支循環(huán)語(yǔ)句如下所示。

 

　　①GOTO語(yǔ)句（無(wú)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(yǔ)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(yǔ)句（循環(huán)語(yǔ)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(yǔ)句，否則執(zhí)行END后的語(yǔ)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(yǔ)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(lái)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(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yǔ)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。