张桦，吴长有

（开封技师学院，河南开封475000）

基于宏程序的数控车削加工应用

张桦，吴长有

（开封技师学院，河南开封475000）

以椭圆曲线轮廓的零件为例，从宏程序的表达、椭圆曲线方程与坐标变换两个面进行了分析，以华中HNC-21T系统为基础，编写宏程序，阐述了宏程序在数控车削加工中的具体应用。

宏程序；数控车编程；曲线方程；坐标变换

随着数控技术在制造业中的应用，越来越多的产品采用了非圆曲线的设计，但目前数控系统的编程指令对于非圆曲线不能直接编程，只有直线插补和圆弧插补功能。若采用CAD/CAM自动编程软件生成数控程序，则程序段通常比较多，甚至几千行，操作起来比较费时，并且检查、修改都比较困难。因此非圆曲线轮廓零件的切削加工在生产中通常采用宏程序来编程。本文就以椭圆曲线轮廓零件为例谈谈宏程序在数控车削加工中应用。

1零件分析

图1所示零件，此零件左端面是一个椭圆曲线回转面，中间为阶梯圆柱轴面，右端为一螺纹面。对于中间和右端的回转面，是由直线、斜线、圆弧等要素所组成，可以采用数控系统的G71、G72、G73、G82等循环指令进行编程加工。而左端的椭圆面则无法使用数控系统的指令直接编程，且图纸中并未给出椭圆的方程、椭圆的中心与加工时编程坐标系中心不重合，这些都给零件的编程加工带来一定的难度[1]。因此，加工该零件需要解决三个问题：宏程序指令的表达、椭圆方程及转换、椭圆中心与编程坐标原点的转换。

图1 椭圆曲线轮廓零件实例

2宏程序及指令表达

2.1 宏程序的表达与赋值

在使用宏程序编程过程中，通常是以变量作为数据进行编程的。宏程序的变量表达为：#数字，例如：#1.还可以使用变量进行逻辑运算、算术运算和函数的混合运算表达，例如：#4=[#2+#3]*#1.需要注意的是，表达式中是不能出现小括号，只能使用中括号[3]。对自变量可以直接赋值，其格式为：变量号后用“=”直接赋值，例如：#2=6，表示将6赋值给2号变量。也可以用表达式赋值，例如：#4=[#2+#3]*#1，表示将#2的值与#3的值相加后得到的和，再乘以#1的值得到的积赋值给#4.宏程序就是利用系统对变量可以重新赋值的特性，计算出整个非圆曲线上若干个点的坐标值，从而用若干段圆弧线或直线段来逼近理想的轮廓曲线。因此，在数控程序运行中，编程者只需给出轮廓曲线的数学表达式和算法即可，而非圆曲线的拟合线节点坐标则是由数控系统自动来完成的。

2.2 宏程序的控制指令

非圆曲线轮廓零件加工常采用控制指令有：WHILE语句、条件转移IF语句和跳转语句GOTO.

（1）WHILE指令程序格式为：

WHILE条件表达式；

……；

ENDW；

当条件式成立时，将重复执行WHILE到ENDW之间的程序段，直到条件不满足为止。当条件不成立，则执行ENDW后面的程序段。

（2）IF语句指定一个条件表达式，当条件满足时，则执行某个程序。IF语句和跳转语句GOTO一起使用。

3椭圆方程与坐标转换

3.1 椭圆数控车削编程方程

数控车削在编制宏程序时，编程坐标采用的是Z、X轴坐标系，而椭圆方程数学表达是X、Y轴坐标系，因此编写椭圆程序时，要将坐标系转换为Z、X轴。由图纸可知，椭圆的X向半轴为b=15mm，Z向半轴a=25 mm，则椭圆的方程为：

（1）椭圆参数方程式为：

Z=25*cosθX=15*sinθ

通常以角度为自变量，则程序表达式为：

#3=25*[#1]#2=15*[#1]

式中：#1表示角度θ；#2表示X轴坐标值（X为半径值）；#3表示Z轴坐标值。

（2）椭圆标准方程式为：

1）若以X为自变量时，椭圆曲线上各点的Z坐标值表达式为：

则编程时的表达式可以写成：

#2=25*SQRT[15*15-#1*#1]/15

式中：#1表示X轴坐标值；#2表示Z轴坐标值；

2）若以Z为自变量时，椭圆曲线上各点X的坐标值表达式为：

则编程时的表达式可以写成：

式中：#1表示X轴坐标值；#2表示Z轴坐标值；

3.2 椭圆中心与编程坐标原点的转换

数控车削零件的时候，编程坐标系原点往往与曲线中心不重合，因此，必须对椭圆轮廓曲线上的坐标值进行编程转换。通过计算椭圆的中心在编程坐标系中的位置，确定编程坐标值与数学坐标值之间的关系[2]，为叙述方便，设定：

X（Z）——数控车削编程坐标值。

X’（Z’）——椭圆数学坐标值。

X0’（Z0’）——椭圆数学坐标系原点在编程坐标系中的坐标值。

则编程坐标值与数学坐标值的关系为：

由图1可知，椭圆中心在编程坐标值为：

4宏程序在数控车削加工中的应用

4.1 编制非圆曲线宏程序的步骤

（1）确定自变量。选择自变量时，通常首先选择已知变化范围的变量作为自变量，已知变量比较多时，再考虑已知变化范围的大小，选择范围较大的变量作为自变量。分析零件图形，确定Z为自变量，X为因变量。

（2）设置自变量的起止点坐标值，椭圆曲线Z向起点坐标为0，终点坐标为-25.

（3）调用循环语句。根据已知条件选择相应的循环指令及循环条件。采用WHILE语句，宏程序的循环条件是Z≥-25，即#1GE-25.

（4）依据函数关系，确定因变量与自变量的表达式，则表达式为：

式中：#1表示Z轴坐标值；#2表示X轴坐标值；

（5）确定非圆曲线上各点的编程坐标值。

（6）采用G01指令，即用直线段拟合椭圆曲线的轨迹。

（7）确定自变量的变化规律。自变量可以递增，也可以递减。递增或递减的变化量的大小影响加工精度。零件中确定Z（#1）为自变量。赋初值：#1=0，因其终点值为-25，所以自变量采用递减变化，即#1= #1-0.1.

4.2 编制宏程序的结构流程图

编制结构流程框图如图2所示。

图2 编制结构流程框图

4.3 椭圆曲线轮廓零件参考程序（部分精加工程序）

N05 O100；（程序名车削左端）

N10 T0202；

N15M03 S600；

N20 G00 G99 X43.0 Z2.0；

……

……

N100 X-2.0 S1000；

N105 Z1.0；

N110 G02 X0 Z0 R1.0 F0.08；

N115#1=0.0；（椭圆曲线Z的起点坐标值）

N120 WHILE#1GE-25.0；（循环开始及循环条件）

N125#2=15.0*SQRT[25*25-#1*#1]/25.0；（椭圆曲线Z与X的关系表达式）

N130#3=2*#2；（椭圆曲线精加工的X坐标值）

N135#4=[#1-25.0]；（椭圆曲线精加工Z的坐标值）

N140 G01 X#3 Z#4；（直线段拟合椭圆曲线加工）

N145#1=#1-0.1；（自变量Z每次步进量0.1）

N150 ENDW；（循环结束）

N155 G01 X40.0 C-1.0；

N160 Z-40.0；

N170 G00 X100.0；（刀具退至换刀点）

N175 Z100.0；

N180M30；（程序结束）

5结束语

通过对非圆曲线轮廓零件的数控车削宏程序编程的分析，使用宏程序在编程中有特别的优势，但编程人员不仅要掌握编程的指令，还要熟悉非圆轮廓曲线的方程式及坐标转换，并要准确的写出表达式，才能正确编写和使用宏程序，从而提高零件的加工效率和质量。

[1]吴长有，张桦.数控车床加工技术[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]吴长有.椭圆曲线轮廓零件的数控车削加工[J].现代制造技术与装备，2014，（02）：60-65.

[3]谢洪.基于宏程序的曲线辊轴的数控加工[J].制造装备技术，2014，（05）：20-25.

App lication of NC Turning Based on Macro Program

ZHANG Hua，WU Chang-you
（Kaifeng Technician College，Kaifeng Henan 475000，China）

In this paper，taking the part of the elliptic curve profile as an example，the expression of the macro program，the elliptic curve equation and the coordinate transformation are analyzed in two aspects.On the basis of HNC-21T system，the macro program is compiled，and the application of macro program in NC machining is described.

macro program；CNC programming；Curve equation；coordinate transformation

TG519.1

B

1672-545X（2016）12-0170-03

2016-09-03

张桦（1971-）女，河南开封人，本科，一级实习指导师，主要从事数控实习教学与研究。