華中數(shù)控車宏程序加工實(shí)例分析

李元博

摘 要：數(shù)控加工中常有含有非圓曲線（如橢圓曲線、拋物線、雙曲線和漸開線等）零件，其加工效率和質(zhì)量往往成為生產(chǎn)制造的關(guān)鍵。文章利用華中世紀(jì)星HNC-21T數(shù)控車削系統(tǒng)，用實(shí)例加工的方法對車削橢圓輪廓的宏程序編程思路進(jìn)行探討，詳細(xì)講解加工方法和程序含義，并用斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件對程序進(jìn)行加工仿真模擬，讓學(xué)習(xí)者能夠真正理解宏程序加工的精髓，做到學(xué)練結(jié)合舉一反三。

關(guān)鍵詞：橢圓加工；宏程序；數(shù)控仿真

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）23-0109-02

Abstract： Non-circular curve（such as ellipse curve， parabola， hyperbolic and involute） is often included in CNC machining， and its machining efficiency and quality are often the key to manufacturing. Using Huazhong Century Star HNC-21T CNC turning system， this paper discusses the idea of macro program programming for turning ellipse outline， and explains the machining method and program meaning in detail. Using SW CNC simulation software to simulate the process of the program， so that learners can truly understand the essence of macro program processing， so that the combination of learning and training can draw inferences from one another.

Keywords： elliptical machining； macro program； numerical control simulation

數(shù)控車床對于圓柱面、錐面、圓弧面和球面等的加工，可以利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)指令完成，而對于橢圓、拋物線、雙曲線和漸開線等一些非圓曲線構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體曲面，手工編程具有一定的難度。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，雖然可以憑借CAD/CAM軟件自動(dòng)編程，但是程序條數(shù)太多也導(dǎo)致了加工中的不方便，而使用宏程序能極大地簡化編程，精簡程序，同時(shí)宏程序可以完成圖形一樣，尺寸不同的系列零件加工，靈活運(yùn)用宏程序，不僅可以方便簡捷地進(jìn)行二次曲線編程，提高加工效率，所以宏程序在數(shù)控大賽中也屢見不鮮。

1 華中宏程序知識(shí)

華中世紀(jì)星HNC-21T宏程序功能是一種具有計(jì)算能力和決策能力的數(shù)控程序。宏程序具有如下些特點(diǎn)：

（1）使用了變量或表達(dá)式同時(shí)具有計(jì)算能力，例如：G01 Y[50*SIN[3]]。（2）使用了程序流程控制，華中數(shù)控系統(tǒng)有兩種流程控制命令：a.IF-ENDIF，條件成立執(zhí)行IF與ENDIF之間的程序，不成立就跳過。其中IF、ENDIF稱為關(guān)鍵詞，不區(qū)分大小寫。IF為開始標(biāo)識(shí)，ENDIF為結(jié)束標(biāo)識(shí)。b.WHILE-ENDW，條件成立執(zhí)行WHILE與ENDW之間的程序，然后返回到WHILE再次判斷條件，直到條件不成立才跳到ENDW后面。

2 宏程序編制實(shí)例

編制圖1所示零件的加工程序，材料為45鋼，棒料直徑為105mm，棒料長度為180mm。

2.1 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程

其中a為橢圓的長半軸，b為橢圓的短半軸。本例中凸橢圓方程為

2.2 橢圓宏程序編程步驟

（1）建立工件坐標(biāo)系；（2）給自變量賦初始值；（3）循環(huán)條件；（4）因變量表達(dá)式賦值；（5）橢圓插補(bǔ)；（6）步距變化；（7）結(jié)束。

2.3 零件圖紙分析

（1）圖紙中的橢圓有凹橢圓，又有凸橢圓，宏程序有區(qū)別。（2）圖紙中橢圓中心的坐標(biāo)跟工件原點(diǎn)不重合，可以稱為偏心橢圓。（3）橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程是以橢圓中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立的，我們計(jì)算橢圓上的所有坐標(biāo)都是依據(jù)橢圓中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)來計(jì)算的，而我們編程的時(shí)候所有的坐標(biāo)是相對工件原點(diǎn)來計(jì)算的，這一點(diǎn)編程時(shí)是特別要注意的。（4）自變量賦初始值，由于只有X和Z兩個(gè)方向的變量，所以我們只要對其中的一個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行賦值就可以，然后確定加工的區(qū)間，計(jì)算另外一個(gè)變量。（5）橢圓精加工宏程序的編寫。（按照橢圓宏程序編程步驟）（6）由于我們寫的宏程序只是橢圓精加工，所以還要考慮粗加工，而華中數(shù)控車21世紀(jì)星系統(tǒng)的數(shù)控車床G71指令可以嵌套宏程序，所以我們可以用這個(gè)指令來進(jìn)行凸橢圓和外輪廓粗加工。因G71只能用于遞增或遞減輪廓，我們可以利用G73來完成凹橢圓的粗精加工。

2.4 加工程序編制

工件原點(diǎn)建立在右端面，如圖2。

（1）加工右端凸橢圓及右端外輪廓粗精加工如圖3左邊，凸橢圓方程為 + =1。

O1234

%001

T0101M03S500（調(diào)1號(hào)外圓車刀）

G00X105Z5（快速點(diǎn)定位到循環(huán)起點(diǎn)）

G71U2R1P10Q20X0.1Z0F200M03S500F200（粗車循環(huán)）

N10G00X0M03S1000（精加工第一段）

G01Z0F100（切入）

#1=30 （長半軸）

#2=18 （短半軸）

#3=0 （橢圓Z向加工起點(diǎn)坐標(biāo)）

#4=18（橢圓Z向加工起點(diǎn)相對于橢圓中心的坐標(biāo)）

WHILE#3LE[18]（如果#3≤18，判斷橢圓孤是否走到Z向終點(diǎn)）

#5=#1/#2*SQRT[#2*#2-#4*#4]（以橢圓中心為原點(diǎn)計(jì)算X坐標(biāo)）

G01X[#5*2]Z[-#3]（X為直徑編程，Z坐標(biāo)以工件原點(diǎn)坐標(biāo)系）

#4=#4-0.2 （步距0.2，既Z值遞增量為0.2，此值過大影響精度，過小加工速度過慢）

#3=#3+0.2（Z坐標(biāo)遞增）

ENDW

G01Z-98F50

X100

Z-140

N20X105

G00Z100

M05

M30

（2）加工凹橢圓粗精加工程序如圖3右邊，凹橢圓方程為 + =1。

O2345

%001

T0202M03S500（換2號(hào)外圓尖刀加工凹橢圓）

G00X62Z-18（快速點(diǎn)定位到循環(huán)起刀點(diǎn)）

G73U18W0R18P30Q40X0.1Z0.1F200（粗車循環(huán)）

M03S1000F100 （設(shè)置精加工參數(shù)）

N30G01X60（精加工第一段，切入）

#1=30 （長半軸）

#2=18 （短半軸）

#102=30（橢圓Z向加工起點(diǎn)相對于橢圓中心的坐標(biāo)）

#105=18（橢圓Z向加工起點(diǎn)坐標(biāo)）

WHILE#102GE-30 （判斷橢圓孤是否走到Z向終點(diǎn)坐標(biāo)）

#103=-#2/#1*SQRT[#1*#1-#102*#102]+30（以橢圓中心為原點(diǎn)計(jì)算X坐標(biāo)，凹圓弧取負(fù)）

G01X[2*#103]Z-#105（X為直徑編程，Z為工件原點(diǎn)坐標(biāo)系坐標(biāo)）

#102=#102-0.1（步距0.1，既Z值遞增量為0.1，此值過大影響精度，過小加工速度過慢）

#105=#105+0.1（Z坐標(biāo)遞增）

ENDW

N40G01x62

G00X105Z5

M05

M30

2.5 斯沃仿真模擬加工

打開斯沃仿真軟件：

（1）回參考點(diǎn)。（2）毛坯設(shè)置。選擇圖標(biāo) ，點(diǎn)設(shè)置毛坯，把直徑改為105，長度200。（3）刀具設(shè)置。選擇 圖標(biāo)，點(diǎn)1號(hào)外圓刀，添加到刀盤1號(hào)刀位，確定。（4）快速對刀及參數(shù)設(shè)置。選擇 圖標(biāo)，點(diǎn)擊快速定位，出現(xiàn)如圖畫面：拭切對刀，然后進(jìn)入刀補(bǔ)畫面，輸入刀補(bǔ)數(shù)據(jù)，此時(shí)對刀完成。（5）建立程序號(hào)，并輸入加工程序。（6）關(guān)上艙門，自動(dòng)加工。零件加工完成，加工后工件如圖3。

3 結(jié)束語

通過實(shí)例可知宏程序是從工件外不斷逼近直至最后加工成型，能極大地簡化編程，精簡程序。宏程序引入了變量和表達(dá)式，還有函數(shù)功能，具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算能力，適合于加工非圓曲線復(fù)雜零件，如拋物線、橢圓、雙曲線、三角函數(shù)曲線等，因此加工非圓曲線工件靈活使用宏程序，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工方便快捷之目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜娟.華中數(shù)控宏程序編寫方法及加工一實(shí)例[J].科技信息，2012（03）.

[2]劉衍益.數(shù)控車宏程序的研究及橢圓實(shí)例加工分析[J].科技資訊，2013（26）.

[3]楊旭.華中數(shù)控銑/加工中心宏程序編程實(shí)例[M].國防工業(yè)出版社，2013，01：50-52.