数控铣削椭圆槽宏程序编程分析

吴华才

摘要：FANUC 0i系统的宏程序在程序本體中可以使用变量进行编辑，还可以用变量进行赋值、运算等处理。对于椭圆等非圆曲线，使用宏程序编程相对于自动软件编程，刀路更清晰，程序更优化。宏程序有其特定的结构特点，需要总结归纳才能使编程过程更简便。

关键词：FANUC 0i系统;宏程序;椭圆

中图分类号：TH162                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0071-02

0  引言

自动编程软件在机加工行业，尤其是数控铣削加工中心机床编程中运用越来越广泛。许多学校开设相应软件编程课程，如CAXA、UG、MasterCAM等。在学习时，学生使用软件画出图形，再使用基本命令出程序，甚至为了技能等级考试而重复练习几个命令。因为过度依赖软件，造成学生缺乏相应的工艺知识，编程基础能力反而弱化了。学习宏程序编程方法，可以让学生理清编程思路，夯实编程基础。

1  宏程序概述

1.1 宏程序分类与FANUC 0i系统

现在国内数控机床常配置的系统有SIEMENS与FANUC系统，其中FANUC系统在南方使用较多。

FANUC 0i系统用户宏程序分为两种，即宏程序功能A与宏程序功能B。其中功能A采用G65H固定格式进行数学运算和逻辑关系的表达，阅读程序不是很直观，实际学习时较少使用。功能B能较直观表达各程序段，且需要记忆指令较少，故常采用此方法进行宏程序编辑。

1.2 椭圆宏程序编写具有代表性

对于构造规则或不规则的曲面，需要有数学运算的过程，存在变量表达关系。对于非圆曲线，从本质来看，是允许加工路径用直线去逼近曲面的，椭圆具有代表性。学会椭圆宏程序编写方法，对于同类的二次曲线、其他平面曲线的程序编写具有指导意义。

2  椭圆的宏程序编写

2.1 椭圆标准方程

在平面直角坐标系中，用方程描述椭圆，椭圆的标准方程中的“标准”指的是中心在原点，对称轴为坐标轴。

通过椭圆定义，可以采用坐标X或Y来表达椭圆编程的自变量#m，另一个坐标为变量#n。

①焦点在X轴时，标准方程为：

焦点在X轴时，使用X向坐标为自变量，则Y向坐标表达式为。根据FANUC 0i系统宏程序格式要求进行转化，即X表示为#m（m取值1～33），Y表示为#n（n取值1～33，但不能和m相同）。表达式SQRT，乘法表达式*，除法表达式/ 。

则有：

例如，当某个椭圆长半轴a=20，短半轴b=10，X=#1，Y=#2，则椭圆宏程序方程表达式为：

②焦点在Y轴时，标准方程为：

同理推导，焦点在Y轴时，使用Y向坐标为自变量，即有：

2.2 椭圆参数方程

椭圆参数方程是以焦点（c，0）为圆心，R为变半径的曲线方程。椭圆可以使用参数方程进行表达：

焦点在X轴时：

焦点在Y轴时：

？兹为椭圆上的点与焦点的连线与X轴夹角。使用参数方程表示宏程序时，使用？兹为自变量，？兹表示为#m（m取值1～33）。则有：

焦点在X轴时：

焦点在Y轴时：

3  椭圆槽编程实例

零件轮廓分为凸台与凹槽两大类，其中凹槽的程序编写要考虑的工艺与编程要求更多、更复杂。为了归纳总结宏程序编程方法，采用凹槽编程为例。如图1所示椭圆槽，椭圆的长半轴30mm，短半轴15mm，深度10mm。材料45钢，毛坯尺寸60mm×60mm×21mm。

3.1 椭圆方程的选择与变量的取值

考虑到椭圆槽是完整椭圆形状，采用角度为变量的参数方程进行编程较为方便。即以椭圆曲线上任意一点与椭圆中心之间的夹角？兹为自变量#m，椭圆长半轴轴线与水平的夹角（+X向），逆时针为+，顺时针为-，本例赋值#7。

赋值#3=20，G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系逆时针旋转200，此时长半轴与X轴重合（本例使用）。也可赋值#3=-70，G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系顺时针旋转700，此时短半轴与X轴重合。

为了避免下刀点选择造成切削出现过切情况，采用原点（0，0）为下刀点，Y轴最大值为轮廓切入点（0，15）。采用顺铣铣削方式，那么自变量初始值#7=-270，终点值#8=-630（椭圆铣削一周为3600），每次变化量#9=-1。

3.2 切削深度的变量取值

椭圆槽深度为10mm，加工精度0～0.015mm，材料45钢，因为加工深度精度要求高，需分层进行铣削。采用以深度为自变量#4，#4=5为椭圆槽初次铣削深度，#5=10为椭圆槽总深度，Z轴每次递增量#6。

3.3 椭圆曲率对刀具选择的影响

椭圆属于非圆曲线。在加工时，要考虑椭圆曲率对于刀具选择的制约，如果刀具半径大于椭圆曲率最小值将出现过切情况。

在长半轴与短半轴顶点处，即（±a，0）（0，±b）处，椭圆的曲率半径为极限值，计算公式：

考虑最小曲率为7.5，可以使用？覫12立铣刀（需有底孔），或者采用？覫12键槽铣刀。

3.4 椭圆槽宏程序编程要点

椭圆轮廓宏程序编程的实质是使用G01逼近椭圆轨迹，角度每次递增或递减量越小，则轮廓越接近理论值，角度变量以10为宜。

4  自动编程软件编辑椭圆槽程序

采用2020版CAXA制造工程师，平面轮廓精加工方式对椭圆槽进行编程。程序节选如下所示：

自动编程软件出的程序有342行，远远超过宏程序编程的33行程序。且自动编程软件出的程序只有坐标值，无法查看逻辑运算过程，不直观不利于程序的阅读与检查。

5  总结

通过椭圆槽的加工程序编写分析，可以看到，使用宏程序编程较自动编程软件更为简练，加工轨迹可控性较高，对于数控系统的硬件要求较低，不占用较多存储内存。学习宏程序编程方法，相对自动编程软件更能快速掌握与使用，有效降低编程学习难度。能够方便操作者进行手工编程，锻炼编程能力，是编程思维建立的重要部分。

参考文献：

[1]潘广明.基于FANUC系统的端盖、轴承座类零件加工宏程序开发及应用研究[D].河北科技师范学院，2020.

[2]钟兵.基于FANUC 0i系统椭圆工件的宏程序编程分析[J].机械工程与自动化，2020（06）：189-190.

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