巧用宏程序简化数控铣削椭球面手工编程加工

王国永

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德067000)

巧用宏程序简化数控铣削椭球面手工编程加工

王国永

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德067000)

在零件加工中根据实际零件编制适合加工的宏程序，可有效的提高生产效率。通过对FANUC Oi系统宏程序的研究，以宏程序编程为基础，结合椭球面空间曲面的特点，研究通过分层铣削实现手工编程加工凹形和凸形椭球曲面的方法，并给出了应用实例，实现了椭球面空间曲面的手工铣削编程加工。该方法编制程序简单，编制的程序容量小且通用性强。

宏程序;椭球面;数控铣削;手工编程;

1　宏程序编程简介

宏程序体由变量、运算指令和控制指令等组成。

1．1变量和运算指令

变量由#号和变量号组成，如:#k(k=1，2，3，…)也可用表达式表示变量。变量类型及功能如表1所示。

运算指令包括算术运算、函数运算、逻辑运算和比较操作。宏程序运算指令遵循通常的数学运算法则，先进行函数运算，再进行乘和除运算，最后进行加和减运算。

1．2程序控制指令

程序控制语句有控制程序走向的作用，有分支语句和循环语句两种。

表1　变量类型及功能

1．2．1分支语句

1)无条件分支语句(GOTO)，其功能是转向程序的第n句。顺序号可以用表达式。

格式为:GOTO n;n是顺序号(1～999)。

2)条件分支语句(IF语句)，其功能是在IF后面指定一个条件表达式，如果条件满足，转向第n句，否则执行下一段。

格式:IF［条件表达式］GOTO n;

一个条件表达式一定有一个操作符，这个操作符插在两个变量或一个变量和一个常数之间，并且用方括号括起来。比较操作符与意义如表2所示。

表2　比较操作符与意义

1．2．2循环语句

格式为:

WHILE［＜条件表达式＞］DOm;(m=1，2，3，…)

…

ENDm;

当条件满足时，就循环执行WHILE与END之间的程序段，若条件不满足就执行ENDm的下一个程序段。

2　椭球面加工特点及加工方案研究

2．1椭球面的基本特点

在直角坐标系下，由方程

所表示的曲面称为椭球面，其模型如图1所示。方程(1)所表示的方程称为的标准方程，其中a、b、c是任意的正常数。

由上式(1)可知，椭球面上的任何一个点的坐标(x，y，z)总有:

因此椭球面完全被封闭在一个长方体的内部，这个长方体由六个平面:所组成。

如果用坐标面z=0，y=0，x=0分别截割椭球面(1)，那么所得截口都是椭圆，方程分别是:

如果平行于坐标平面xOy的一组平行平面来截割椭球面(1)，设平面z=h截割椭球面(1)，得到的截线方程是:

当|h|＞c时，上式(5)没有图形，这表示平面z=h与椭球面(1)不相交;当|h|=c时，上式(5)的图形是z=h上的一个点(0，0，c)或(0，0，－c);当|h|＜c，上式(5)的图形是一个椭圆，这个椭圆的两半轴分别是:它的两轴的端点分别是与，这样椭球面可以看成由一个椭圆的变动(大小位置都改变)叠加形成的。

2．2椭球面的加工方案研究

1)凹形椭球面

然后，加工时设定刀具沿Z轴一个进给值，在xOy平面内加工椭圆，当一个椭圆加工完毕后，然后重新开始，逐层向下铣削，即可完成椭球面的加工铣削，椭球面的加工轨迹如图2所示，其中图中H表示每层之间的加工深度，即Z轴方向的每次进刀深度。

为保证加工椭圆的正确外形，一般采用小段直线或圆弧来逼近椭圆轮廓曲线的数学处理方法来完成数控编程。这里采用直线逼近椭圆轮廓曲线。即在满足允许编程误差的前提条件下，用若干直线段分割并逼近给定的椭圆轮廓曲线，然后计算出每段直线段起点、终点，通过直线插补(G01)完成椭圆轮廓的加工。当直线段的长度越小，插补形成的曲线就越接近椭圆轨迹［1-3］。

2)凸形椭球面

3　椭球面手工编程加工实践

设已知毛坯方料为80 mm×80 mm×50 mm，加工凸形椭球面外形轮廓，其椭球面方程如式(7)所示，Z轴铣削深度为10 mm。

由上所述，建立以上表面顶点为坐标点(0，0，0)的坐标系。将椭球面进行Z轴方向分层，设定图2中H为0．02 mm。即1 mm高度的椭球面有50个椭圆构成，达到了细化的目的。

根据以上分析，手工编写铣削加工椭球面的程序如下:

O4001;

G54G90T01D1M03S1200;设定工件坐标系

G00Z10;

X45Y45;

G42G01X0Y0F200;设定刀具右补偿

#1=0;

#2=－10;

#5=0;

#6=0．05;设定铣削初始深度，最终深度，椭圆铣削起始角度和增量角度

N10#3=18*SQRT［#1*#1/144－1］;

#4=10*SQRT［#1*#1/144－1］; G01X［#3］Y0 Z［#1］;直线进给

N20#5=#5+#6;

G01X［#3*COS［#5］］Y［#4*SIN［#5］］;椭圆铣削

IF［#5LE360］GOTO20;若未铣削整个椭圆，循环

#1=#1－0．02;Z轴向下进给

#5=0;

#6=0．1;

IF［#1GE#2］GOTO10;未达到给定深度，循环

G00Z10;

G40X45Y45;

M05;

M30;

4　结束语

根据椭球面空间曲面的特点，用分层铣削和直线插补逼近椭圆的方法，实现了凹形和凸形椭球面的铣削加工，验证了程序的正确性和可行性。在实际加工中巧妙应用宏程序，能够使程序编制简单化，编制的程序容量小且通用性强。在实际加工中根据实际零件和机床情况编制适合加工的宏程序，可有效的提高生产效率。

［1］吕林根，许子道．解析几何［M］．北京:高等教育出版社，2010．

［2］陈丽君，吴金会，程少慧．基于宏程序的凹椭球面铣削加工应用研究［J］．煤矿机械，2013(5):161－162．

［3］韩全立，王宏颖．宏程序在数控编程中的应用技巧及编程实例［J］．机床与液压，2010(12):29－32．

［4］张书琦，苏建华，李小芳．刀具补偿在模具加工中的应用［J］．承德石油高等专科学校学报，2008(6):36－38．

［5］李传军．802S数控系统的MasterCAM后置处理程序开发与应用［J］．承德石油高等专科学校学报，2013(6):18－21．

Skillful Use of Macroprogram to Simply Ellipsoid NC Milling Manual Programming

WANG Guo-yong
(Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

In the parts processing，to program suitable microprogram can effectively improve the production efficiency．Through the study of the macro program of FANUC Oi system，the paper combines the characteristics of ellipsoidal surface based on the macro programming and studies realization method through manual programming to process concave and convex ellipsoidal surface by layered milling．And application examples are given in the paper to prove the realization of manual milling programming processing of ellipsoid space curved surface．This method is of simple program composition and small programming capacity with strong universality．

macroprogram;ellipsoid;NC milling;manual programming

TG547

B

1008-9446(2015)01-0016-05

2014-11-12

王国永(1978－)，男，河北石家庄市人，承德石油高等专科学校机械工程系讲师，硕士，主要研究方向:机电一体化、数控技术等。