在西门子802D数车上使用宏程序加工非圆曲线零件的方法

李继承

（广东省国防科技技师学院，广东 广州 510000）

在西门子802D数车上使用宏程序加工非圆曲线零件的方法

李继承

（广东省国防科技技师学院，广东 广州 510000）

非圆曲线的加工是数车的难点，本文以椭圆、正弦曲线、抛物线为例，介绍在西门子802D系统中使用毛坯切削循环指令CYCLE95和可编程的零点偏置指令TRANS来调用子程序编制宏程序的方法，而且各程序都经过了实际加工的检验。

西门子802D系统；数车；宏程序；非圆曲线；椭圆

非圆曲线是数车加工中的难点，目前数控系统还未提供完善的非圆曲线插补功能，因此实际操作中非圆曲线的编程多采用宏程序来完成。作为培养高技能人才的学校，特别是数控教学及数控大赛中，根据不同情况掌握各种非圆曲线的编程是非常必要的。笔者以SINUMERIK 802D系统为例，总结出数控车床中的非圆曲线宏程序加工的编程方法。实践证明，这些方法能高效、准确地加工出非圆曲线的轮廓部分。

1 宏指令概述

当前较先进的数控加工系统都为用户配备了强大的类似于高级语言的宏程序功能［1］，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算，通过其所提供的循环语句、分支语句和子程序调用语句大大减少乃至免除了手工编程繁琐的数值计算，是提高机床性能的一种特殊功能，在类似工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。

宏程序可适用于以下3种场合：①宏程序指令适合椭圆、双曲线、抛物线等没有插补指令的非圆曲线编程；②适合图形一样只是尺寸不同的系列零件的编程；③适合工艺路径一样只是位置参数不同的系列零件的编程。

2 函数曲线轮廓的数学模型

数控编程由于没有各种非圆曲线的插补指令，需要根据曲线轮廓的函数方程y=f（x）将其中的一个参数自变量在其定义域内，从一个值域以一定的插补步进距离（如0.02mm、0.5°）逐步向另一个值域变化，从而求出任意一个点的坐标值，然后用直线插补G01进行拟合加工。

图1 标准方程的数学模型

3 车削原理

要使车出的曲线为椭圆，即刀尖的运动轨迹必须沿椭圆曲线，根据切削的椭圆轮廓曲线段从起点（xi，zi），运动到终点（xe，ze）。

非圆曲线的插补的数学处理可以采用直线拟合和圆弧拟合，由于在计算中直线只需找起点和终点，而圆弧除起点、终点外还需半径，因而直线拟合计算简单。在此采用直线拟合的方式把椭圆曲线分割成若干小直线段，用G01走直线来逼近轮廓曲线（插补采用的步进距离要根据零件轮廓的精度来确定）。

4 编程实例

以在数控车床（SINUMERIK 802D系统）上加工椭圆、正弦曲线、抛物线为例用宏程序进行编程。加工椭圆曲线轮廓的主程序如下。

SK02.MPF；（主程序名）

G90 G54 G00 X100 Z100；（建立工件坐标系，工件坐标系零点在右端面中心点上，绝对坐标编程，快速定位到参考点）

G95M08T2D1；（每转进给，冷却液开，T0255度菱形刀）

G00 X50 Z2；（刀具快速定位）

M00；（程序暂停）

S1000 M3；（主轴正转）

G04 X4；（暂停4S）

R20=10；(设定参数R20，需去除的余量)

MA1:TRANS X=R20；（在X方向设定可编程零点偏置，标记符MA1）

R20=R20-1；（修改X方向可编程零点偏置值，每次切削深度1mm）

AA5；（子程序名，调用子程序粗加工曲线轮廓）

IF R20＞=1 GOTOB MA1；（条件跳转：当R20大于等于1mm时，跳转到MA1）

①半椭圆曲线轮廓的精车程序

半椭圆曲线轮廓见图2，加工半椭圆曲线轮廓部分的精车程序如下：

SK03.MPF；（主程序名）

G90 G95 G54；（建立工件坐标系，工件坐标系零点在左端面中心点上，每转进给，绝对坐标编程）

T1D1 S1500 M03；（主轴正转，T01是55度菱形刀）

R1=30；（长半轴）

R2=20；（短半轴）

R3=30；（Z轴起始轴尺寸）

MA2:R4=20*SQRT(R1*R1-R3*R3)/30；（函数方程计算公式）

G01 X=2*R4 Z=R3-30 F0.1；（以直线插补拟合椭圆曲线）

R3=R3-0.5；（每次步距0.5mm）

IF R3＞=0 GOTOB MA2；（条件转移：R3当大于等于0时，跳转到MA2标记处）

图2 半椭圆曲线轮廓实例

②竖直外椭圆曲线轮廓的子程序

图3 竖直外椭圆曲线轮廓实例

AA5.SPF(子程序名)

G00 X0 Z3；（快速定位）

G01 Z0；（到达椭圆起始点）

R1=10；（短半轴）

R2=20；（长半轴）

R3=10；（Z轴起始轴尺寸）

MA2：R4=20/10*SQRT(R1*R1-R3*R3)；（代入公式）

G01 X=2*R4 Z=R3-10；（以直线插补拟合椭圆曲线）

R3=R3-0.5；(步距，每次0.5mm)

IF R3＞=-4.359 GOTOB MA2；（条件跳转：当R3大于等于-4.359时，跳转到MA2标记处）

G01 X36 Z-14.359；

Z-20；

X46；

X48 Z-21；

RET；（子程序结束）

③正切曲线轮廓部分的子程序

正切曲线轮廓见图4，正切曲线轮廓部分的子程序如下：

R1=81.469；（角度）［反正弦函数ATAN（20/3）］

R2=-R1；

MA2:R3=R1*3.1416/180；（角度转化为弧度）

R10=(3*TAN(R1))-20；（代入公式Z向）

R11=(-5*R3)*2+87.781；（到中心的位置）（代入公式X向）

G01 X=R11 Z=R10；（以直线插补拟合正弦曲线）

R1=R1-1；（步距,每次走一度）

IF R1＞=R2 GOTOB MA2；（条件跳转：当R1大于等于R2时，跳转到MA2）

G01 X98 Z-40；（到正弦曲线的终点）

RET；（子程序结束）

图4 正切曲线轮廓实例

④抛物线轮廓部分的子程序

抛物线轮廓见图5，抛物线轮廓部分的子程序如下：

X2=4Z

图5 抛物线轮廓实例

R1=5；（X轴的起点,半径量表示）

R2=0；（Z轴的起点）

MA2:R3=SQRT(4*R2)；（代入公式求在抛物线上X轴的坐标）

G01 X=2*(R1+R3)Z=-R2；

R2=R2+0.5；（步距,每次0.5mm）

IF R2＜=13.408 GOTOB MA2；（条件跳转：当R2小于等于13.408时，跳转到MA2）

RET；（子程序结束）

（注：开根号后，数值为正值。故与原来的符号相反）

以上实例已在西门子802D系统的数控车床上通过加工运行检验，并加工出合格零件。

5 结语

宏程序的应用可以在数控车削中进行非圆曲线的插补，以解决数控车削中系统没有非圆曲线插补功能这一不足。而且使编程计算大大简化，程序的可读性强，易于检查，提高了编程效率。宏程序编制方法可参照其数学公式、微分方程等有关知识并结合图形尺寸要求进行具体分析，确定出合理、简洁的工艺路线，从而充分发挥数控机床的潜在功能，提高加工效率和质量。此外，在加工同类形状的工件时，只需在调用宏程序时给参数赋不同的值即可完成，无须每个零件分别编制一个程序。合理有效地利用宏程序编程可以扩大机床的使用范围，提高零件的形位精度。

［1］袁锋.全国数控大赛试题精选［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］冯志刚.数控宏程序编程方法、技巧与实例［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［3］卞化梅.非圆曲线零件的数控车削加工编程［M］.北京工业职业技术学院学报，2005（4）：41-44.

The Method of Using Macro Program and Processing Non-circular Curve in Siemens 802D System and CNC Lathe

Li Jicheng
（Guofang Science and Technology Technician Institute of Guangdong Province，Guangzhou Guangdong 510000）

The processing of non-circular curve is the difficulty of CNC lathe,based on the paper elliptic,sine curve, a parabola as an example,this paper described the use of the Siemens 802D system,rough cutting cycle instruction CYCLE95 and programmable zero offset command to call a subroutine compiled macro TRANS method of procedure, and the program have been tested by actual processing.

siemens 802D system；CNC lathe；macroprogram；non-circular curve；ellipse

TG659

A

1003-5168（2017）07-0060-03

2017-06-12

李继承（1984-），男，本科，一级实习指导教师，研究方向：数控技术。