FANUC系统宏程序在椭圆类零件数车加工中的应用

李 平，苗发祥，张 明

（1.绵阳职业技术学院，四川 绵阳 621000；2.中物院电子工程研究所，四川 绵阳 621000）

0 引言

宏程序作为数控编程的手段之一，在椭圆、抛物线、双曲线以及一些渐展线的编程方法上有着自动编程及其他方法不可替代的优势。

对于规则曲面的编程来说，使用CAD／CAM软件编程一般都具有工作量大、程序庞大、加工参数不易修改等缺点，如果任何一个加工参数发生变化，再智能的软件也要根据变化后的加工参数重新计算刀具轨迹，尽管软件计算刀具轨迹的速度非常快，但始终是个比较麻烦的过程。而宏程序具有灵活性和智能性等特点，注重把机床功能参数与编程语言相结合，而且灵活的参数设置也使机床具有最佳的工作性能，同时也给予操作者极大的自由调整空间，能很好地弥补自动编程的不足。

1 宏程序在椭圆加工中的编程格式

1.1 编程思路

椭圆是最常见的二次曲线，宏程序编程的思路是采用数段微小直线段逼近椭圆轮廓。如果分成的线段足够小，则这个近似的曲线就能够较好地满足加工精度要求。虽然宏程序编程属于手工编程范畴，但它将复杂的节点坐标计算工作交由计算机数控系统来完成，编程者只需给出数学公式和算法。

1.2 编程格式

不同的数控系统，宏程序的编程格式也不同，具体可查阅机床说明书。FANUC系统数控车床对于非圆曲线类零件加工常采用循环语句编制宏程序，其格式如下：

＃1变量

WHILE［条件表达式］

……条件成立

END1

当条件成立时循环执行WHILE与END1之间的程序段，若条件不满足则执行END1的下一行程序段。

＃1＝C－F（起点到圆心的距离）

＃2＝D－F（终点到圆心的距离）

WHILE［＃1GE＃2］DO1

＃3＝a＊SQRT［1－＃1＊＃1／b2］

G01X［［＃3＋常数1］＃2］Z［＃1＋常数2］F进给速度

＃1＝＃1－步距

END1

其中：常数1为圆心到轴线的距离；常数2为圆心到端面的距离；步距必须大于等于刀尖圆弧半径。

图1 椭圆的宏程序编程节点图

2 宏程序编程加工的应用

下面以FANUC－21i系统数控车床为例，具体分析如何应用宏程序来加工含椭圆轮廓的零件。

2.1 零件加工工艺的分析

图2为小花瓶零件图，工件坐标系原点设在零件右端面与轴线的交点处。其加工工艺设计重点是椭圆轮廓的加工方法：粗加工时，椭圆先按近似圆弧粗车循环，因为圆弧的轮廓比椭圆大，有加工余量；精加工时，再编写椭圆宏程序加工即可。具体零件加工工艺及切削用量设计见表1。

2.2 编写参考程序

为了编写程序，根据零件的要求，需要通过CAD软件绘图查找坐标，具体坐标点为：A（X 32.84，Z0），B（X36.592，Z0），C（X38.358，Z－1.469），D（X35.924，Z－35.547），E（X40，Z－45），F（X34.102，Z－56.306），G（X36.82，Z－65.365），H （X40，Z－70.609），P（X23，Z－19.759）。然后根据加工工艺设计的要求完成零件加工程序的编写。

图2 小花瓶零件图

表1 零件加工工艺及切削用量

平端面、粗车外圆、精车外圆等的编程代码如下：

N1；平端面、粗车外圆程序段

G97M14S800；

M98P1；调用子程序回到换刀点

T0101；选刀，通过刀补建立坐标系

G00X5.Z1.；

Z0.05；

G01G99X－1.F0.15；粗平端面

Z1.F1.；

X51.

G99；

G71U0.8R0.5；外圆粗车循环指令

G71P100Q200U0.4W0.F0.15；

N100G00X35.Z0.1；粗车循环调用的第一行G01Z0.；

X36.592；

G03X38.358Z－1.469R1.；

G02X35.924Z－35.547R39.；G03X34.102Z－56.306R23.051；椭圆粗车时，用 R23.51的圆弧代替

G02X36.82Z－65.365R8.；

G03X40.Z－70.609R8.；

G01Z－85.；

X49.，R2.5；

Z－94.；粗车长度多4 mm，留出切断余量

N200X51.；粗车循环调用的最后一行

M98P1；调用子程序回到换刀点

M01；程序选择暂停

N4；精车外圆程序段

G97M14S1200；

M98P1；调用子程序回到换刀点

T0404；选刀，通过刀补建立坐标系

G00X60.Z5.；

G01G99G42X33.Z1.F1.；建立刀具半径右补偿，保证精车尺寸精度

Z0.F0.05；

X36.592；精平端面

G03X38.358Z－1.469R1.；

G02X35.924Z－35.547R39.；

＃1＝9.453；宏程序开始，椭圆Z轴起点到圆心的距离

＃2＝－11.306；椭圆Z轴终点到圆心的距离

WHILE［＃1GE＃2］DO1；判断是否走到Z轴终点

＃3＝40＊SQRT［1－＃1＊＃1／900］；应用椭圆公式计算G01X［［＃3－20］＊2］Z［＃1－45.］F0.05；椭圆插补轨迹＃1＝＃1－0.2；Z轴步距每次0.2 mm

END1；宏程序结束

G02X36.82Z－65.365R8.F0.05；

G03X40.Z－70.609R8.；

G01Z－85.；

X49.，R2.5；

Z－93.8；精车比粗车短点，留出足够切断余量

X51.；

M98P1；调用子程序回到换刀点

M01；程序选择暂停

钻孔、镗内孔、切断加工等工序的编程比较简单，这里不再赘述。

3 零件的加工效果

编写完程序，利用FANUC－21i系统数控车床进行仿真加工。如果仿真加工没有问题，选取Ф50 mm的有机玻璃材料进行零件加工。通过装刀－对刀－平端面和粗车外圆－钻孔－粗镗内孔－精车外圆－精镗内孔－切断－机床上手动抛光，完成了小花瓶零件的机加工，如图3所示。

4 结论

综上所述，宏程序能编制传统数控编程无法实现的椭圆类零件的数控车削加工程序，其变量编程方式增加了应用对象的灵活性，编写时更直观、简便，精简了程序内容，大大提高了编程效率。因此，机床使用者利用宏程序编程功能，可充分扩展数控机床的使用范围和使用功效，具有非常广泛的应用前景。

图3 小花瓶零件实物图

［1］ 陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］ 周虹.基于宏程序的椭圆车削加工［J］.新技术新工艺，2007（10）：35.

［3］ 陈启森.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）：46－48.

［4］ 张明.数控机床加工零件［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2011.