椭圆类零件的宏程序和R参数编程优化

编制一个车削加工图2-4所示带有椭圆过渡的零件类通用程序，假设毛坯外径为ϕX₁，过渡外径为ϕX₂，椭圆短半轴为a，长半轴为b；使用变量（或参数）编制此类零件的宏程序。

工艺分析：车削图2-4所示一段椭圆的回转零件时，一般采用直线逼近（也叫拟合）法，即在Z向分段，以0.2～0.5mm为一个步距，并把Z作为自变量，X作为Z的函数。为了适应不同的椭圆（即不同的长短轴）、不同的起始点和不同的步距，我们可以编制一个只用变量不用具体数据的宏程序，然后在主程序中呼出该宏程序的用户宏指令段为上述变量赋值。这样，对于不同的椭圆、不同的起始点和不同的步距，不必更改程序，而只要修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据就可以了。

椭圆的一般方程：

在第一、二象限内可转换为

在第三、四象限内可转换为

用变量来表达上式为

#19=#1*SQRT[1-[#20*#20]/[#2*#2]]

或 #19=-#1*SQRT[1-[#20*#20]/[#2*#2]]

根据上述工艺分析，可画出图2-4宏程序的结构流程图，如图2-5所示。

图2-4 椭圆过渡类零件示意图

a）零件图 b）效果图

图2-5 椭圆宏程序结构流程框图

1.FANUC0i数控系统车削椭圆曲线类零件的用户宏程序

自变量含义：

#24=X₀；X₀—椭圆对称中心X绝对坐标值

#26=Z₀；Z₀—椭圆对称中心Z绝对坐标值

#1=a；a—X向椭圆短半轴长度

#2=b；b—Z向椭圆短半轴长度

#19=X₂；X₂—椭圆轮廓的起始点工件X坐标值

#20=Z₂；Z₂—椭圆轮廓的起始点工件Z坐标值

#21=U；U—椭圆轮廓的终点工件Z坐标值

#6=K；K—递变量（凹椭圆为负，凸椭圆为正）

#9=F；F—切削速度

主程序如下：

O××××；主程序名

N010 G18 G99 G97 G21 G95 G90 G54 G40；工艺加工状态设置

︙

N050 T0202；调用精加工车削椭圆曲线轮廓的刀具

N055 M03 S1000；切换精加工转速

N060 G65 P31 X__Z__A__B__S__T__U__K__F__；调用车削椭圆曲线类零件的用户宏程序

︙

N085 M05；主轴停止

N090 M30；程序结束并返回程序开头

O31；用户宏程序名

N005 G52 X#24 Z#26；以椭圆对称中心设定局部工件坐标系

N010 #19=#1*SQRT[1-[#20*#20]/[#2*#2]]；椭圆上任一点X坐标值计算

N015 G01 X#19 Z#20 F#9；直线插补椭圆

N020 #20=#20-#6；步距轴向叠减

N025 IF[#20GE#21]GOTO10；如果#20大于或等于#21，则程序跳转到N010程序段

N030 G52 X0 Z0；取消局部工件坐标系偏置

N035 M99；子程序结束并返回主程序

2.SINUMERIK802D数控系统车削椭圆曲线类零件的用户R参数程序

R参数含义：

R24=X₀；X₀—椭圆对称中心的工件坐标横向绝对坐标值

R26=Z₀；Z₀—椭圆对称中心的工件坐标纵向绝对坐标值

R1=a；a—X向椭圆短半轴长度

R2=b；b—Z向椭圆短半轴长度

R19=X₂；X₂—椭圆轮廓的起始点工件X坐标值

R20=Z₂；Z₂—椭圆轮廓的起始点工件Z坐标值

R21=U；U—椭圆轮廓的终点工件Z坐标值

R6=K；K—递变量（凹椭圆为负，凸椭圆为正）

R9=F；F—切削速度

主程序如下：

××××××××；程序名

N010 G18 G95 G97 G54 G40；工艺加工状态设置

︙

N050 T02 D02；调用车削椭圆曲线轮廓的刀具

N055 M03 S1000；切换精加工转速

N060 R1=__R2=__R19=__R20=__R21=__R6=__R9=__R24=__R26=__；参数设置

N065 L31；调用车削椭圆曲线类零件的用户R参数程序

︙

N085 M05；主轴停止

N090 M02；程序结束并返回程序开头

R参数子程序：

L31.SPF；R参数子程序名

N005 TRANS X=R24 Z=R26；以椭圆曲线对称中心设定局部工件坐标系

N010 MARKE1：R19=R1*SQRT[1-[R20*R20]/[R2*R2]]；椭圆上任一点X坐标值计算

N015 G01 X=R19 Z=R20 F=R9；直线插补椭圆

N020 R20=R20-R6；步距轴向叠减

N025 IF R20>=R21 GOTOB MARKE1；如果R20大于或等于R21，则跳转到N010程序段

N030 TRANS；取消局部工件坐标系偏置

N035 RET；子程序结束并返回主程序

3.HNC—21/22T华中世纪星数控系统车削椭圆曲线类零件的用户宏程序

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—椭圆对称中心的工件坐标横向绝对坐标值

#25=Z₀；Z₀—椭圆对称中心的工件坐标纵向绝对坐标值

#0=a；a—X向椭圆短半轴长度

#1=b；b—Z向椭圆短半轴长度

#18=X₂；X₂—椭圆轮廓的起始点工件X坐标值

#19=Z₂；Z₂—椭圆轮廓的起始点工件Z坐标值

#20=U；U—椭圆轮廓的终点工件Z坐标值

#6=K；K—递变量（凹椭圆为负，凸椭圆为正）

#5=F；F—切削速度

主程序如下：

O××××；文件名

%××××；程序号

N010 G18 G99 G97 G21 G95 G90 G54 G40；工艺加工状态设置

︙

N050 T0404；调用精加工车削抛物线轮廓的刀具

N055 M03 S1000；切换精加工转速

N060 M98 P31 X__Z__A__B__S__T__U__K__F__；调用车削椭圆曲线类零件的用户宏程序

︙

N085 M05；主轴停止

N090 M30；程序结束并返回程序开头(www.xing528.com)

用户宏子程序如下：

%31；宏程序名

N005 G68 X[#23] Z[#25]P0；以椭圆对称中心设定为工件坐标系旋转中心

N010 WHILE#19GE#20；如果#19小于#20，则跳转到N030程序段

N015 #18=#0*SQRT[1-[#19*#19]/[#1*#1]]；椭圆上任一点X坐标值计算

N020 G01 X[#23+#18] Z[#25+#19] F[#5]；直线插补椭圆

N025 #19=#19-#10；步距轴向叠减

N030 ENDW；返回循环体

N035 G69；取消工件坐标系旋转

N040 M99；子程序结束并返回主程序

4.编程实例

在数控车床上加工图2-6所示一椭圆过渡类零件，椭圆长半轴为20.0mm，短半轴为10.0mm；零件毛坯尺寸（外圆×长）为ϕ45mm×80mm。试用变量（或参数）编写出加工此类零件的宏程序。

解：

（1）工艺设计 建立图2-6所示编程坐标系，机床坐标系偏置值设置在G54寄存器中。先用数控系统的简化编程指令（固定循环）粗加工零件各级外圆，然后再粗加工过渡椭圆曲线，最后对工件精加工。

（2）切削用量1号刀为外圆粗车刀，粗加工时，主轴转速600r/min，进给速度0.35mm/r；2号刀为外圆精车刀，精加工时，主轴转速850r/min，进给速度0.2mm/r；车刀起始位置在工件坐标系右侧（50，57）处，精加工余量为0.5mm。

（3）加工参考程序

1）FANUC 0i数控系统

O××××；主程序名

N10 G54 G18 G21 G99；程序运行初始状态设置

N15 M03 S600 T0101；主轴正转600r/min，调用粗车刀

N20 G00 X50.0 Z100.0 M07；刀具起刀点，打开切削液

N25 M98 P1；调用轮廓粗加工循环子程序

N30 G00 X50.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N35 G65 P31 X25.0 Z35.0 A10.0 B20.0 S15.0 T35.0 U16.7 K0.5 F0.35；调用椭圆加工宏程序粗加工

N40 G00 X50.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N45 M03 S850 T0202；主轴正转850r/min，调用精车刀

N50 G00 X30.0 Z57.0；刀具快速移动到精加工准备点

N55 G01 Z35 F0.2；精车削ϕ30外圆

N60 G65 P31 X25.0 Z35.0 A10.0 B20.0 S15.0 T35.0 U16.7 K0.2 F0.2；调用椭圆加工宏程序精加工

N65 G01 Z-1.0；精车削ϕ42外圆

N70 G00 X45 M09；刀具退离零件，切削液停止

N75 G00 X80 Z100 M05；刀具退到换刀点，主轴停止

N80 M30；程序结束并返回程序开头

图2-6 椭圆过渡类零件编程实例示意图

a）走刀路线图 b）尺寸图 c）效果图

子程序：

O1；轮廓粗加工循环子程序（略）

︙

M99；子程序结束，并返回主程序

宏程序：

O31；椭圆加工宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束，并返回主程序

2）SINUMERIK 802D数控系统

FZG×××××；主程序名

N10 G54 G18 G71 G99；程度运行初始状态设置

N15 M03 S600 T01 D01；主轴正转600r/min，调用粗车刀

N20 G00 X50.0 Z100.0 M07；快速运行到刀具起刀点，打开切削液

N25 L1；调用轮廓粗加工循环子程序

N30 G00 X50.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N35 R1=10 R2=20 R19=15 R20=35 R21=16.7 R6=0.5 R9=0.35 R24=25.0 R26=35.0；参数设置

N40 L31；调用椭圆加工宏程序粗加工

N45 G00 X50.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N50 M03 S850 T02 D02；主轴正转850r/min，调用精车刀

N55 G00 X30.0 Z57.0；刀具快速移动到精加工准备点

N60 G01 Z35 F0.2；精车削ϕ30外圆

N65 R6=0.2 R9=0.2；参数设置

N70 L31；调用椭圆加工宏程序精加工

N75 G01 Z-1.0；精车削ϕ42外圆

N80 G00 X45 M09；刀具退离零件，切削液停止

N85 G00 X80 Z100 M05；刀具退到换刀点，主轴停止

N90 M02；程序结束并返回程序开头

子程序：

L1；轮廓粗加工循环子程序（略）

︙

RET；子程序结束并返回主程序

R参数程序：

L31；椭圆加工宏程序（见上）

︙

RET；子程序结束并返回主程序

3）HNC—21/22M华中世纪星数控系统

O××××；文件名

%231；程序名

N10 G54 G18 G21 G99；程度运行初始状态设置

N15 M03 S600 T0101；主轴正转600r/min，调用粗车刀

N20 G00 X50.0 Z100.0 M07；快速运行到刀具起刀点，打开切削液

N25 M98 P1；调用轮廓粗加工循环子程序

N30 G00 X50.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N35 M98 P31 X25.0 Z35.0 A10.0 B20.0 S15.0 T35.0 U16.7 K0.5 F0.35；调用椭圆加工宏程序粗加工

N40 G00 X50.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N45 M03 S850 T0202；主轴正转850r/min，调用精车刀

N50 G00 X30.0 Z57.0；刀具快速移动到精加工准备点

N55 G01 Z35 F0.2；精车削ϕ30外圆

N60 M98 P31 A10.0 B20.0 S15.0 T20.0 W38.3 K0.2 F0.2；调用椭圆加工宏程序精加工

N65 G01 Z-1.0；精车削ϕ42外圆

N70 G00 X45 M09；刀具退离零件，切削液停止

N75 G00 X80 Z100 M05；刀具退到换刀点，主轴停止

N80 M30；程序结束并返回程序开头

子程序：

%1；轮廓粗加工循环子程序（略）

︙

M99；子程序结束并返回主程序

宏程序：

%31；椭圆加工宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束并返回主程序