抛物线类零件的宏程序和R参数编程优化技巧

编制一个车削加工图2-10所示具有抛物线曲线类零件的通用程序，假设抛物线开口距离为V，抛物线方程为X²=-2PZ。

图2-10 抛物线曲线类零件示意图

a）零件图 b）效果图

工艺分析：车削图2-10所示抛物线形状的回转零件时，假设工件坐标原点在抛物线顶点上，采用直线逼近（也叫拟合）法，即在X向分段，以0.2～0.5mm为一个步距，并把X作为自变量，Z作为X的函数。为了适应不同的抛物线曲线（即不同的对称轴和不同的焦点）、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，对于不同的抛物线、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。

抛物线的一般方程：

X²=±2PZ（或Z²=±2PX）

可转换为

Z=±X²/2P（或X=±Z²/2P）

用变量来表达上式为

#26=±[#24*#24]/[2*#16]

或 #24=±[#26*#26]/[2*#16]

根据上述工艺分析，可画出图2-10宏程序的结构流程框图，如图2-11所示。

图2-11 抛物线宏程序结构流程框图

1.FANUC0i数控系统对抛物线曲线类零件精车削的用户宏程序

自变量含义：

#24=X₀；X₀—抛物线顶点的工件坐标横向绝对坐标值

#26=Z₀；Z₀—抛物线顶点的工件坐标纵向绝对坐标值

#17=Q；Q—抛物线焦点坐标在Z轴上绝对值的2倍（P）

#22=V；V—抛物线的开口距离

#6=K；K—X向递减均值

#9=F；F—切削速度

主程序如下：

O××××；主程序名

N010 G18 G99 G97 G54 G40；工艺加工状态设置

︙

N100 T0404；调用精加工车削抛物线轮廓的刀具

N105 M03 S1000；切换精加工转速

N110 G65 P2313 X__Z__Q__V__K__F__；调用精车削抛物线形状轮廓的用户宏程序

︙

N155 M05；主轴停止

N160 M30；程序结束并返回程序开头

用户宏程序如下：

O2313；宏子程序名

N010 G00 X#24 Z[#26+5]；刀具快速接近抛物线顶点处

N020 G01 Z#26 F[2*#9]；以工进速度直线插补到抛物线顶点

N030 #24=#24-#6；X向步距均值递减

N040 #26=-[#24*#24]/[2*#17]；由X值计算抛物线上任一点Z坐标值

N050 G01 X#24 Z#26 F#9；沿着抛物线作直线插补

N060 IF[#24LT#22/2]GOTO30；如果#24小于#22/2，则跳转到N030程序段

N070 G01 X#22 Z#26 F[3*#9]；斜线退到工件右端面外

N080 M99；子程序结束并返回主程序

2.SINUMERIK802D数控系统对抛物线曲线类零件精车削的用户R参数程序

R参数含义：

R24=X₀；X₀—抛物线顶点的工件坐标横向绝对坐标值

R26=Z₀；Z₀—抛物线顶点的工件坐标纵向绝对坐标值

R17=Q；Q—抛物线焦点坐标在Z轴上绝对值的2倍（P）

R22=V；V—抛物线的开口距离

R6=K；K—X向递减均值

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

︙

N100 T04 D04；调用精加工车削抛物线轮廓的刀具

N105 M03 S1000；切换精加工转速

N110 R24=__R26=__R17=__R22=__R6=__R9=__；参数设置

N110 L2313；调用精车削抛物线形状轮廓的用户R参数程序

︙

N155 M05；主轴停止

N160 M02；程序结束并返回程序开头

R参数子程序如下：

L2313.SPF；R参数子程序名

N010 G00 X=R24 Z=R26+5；刀具快速接近抛物线顶点处

N020 G01 Z=R26 F=2*R9；以工进速度直线插补到抛物线顶点

N030 MARKE1：R24=R24-R6；X向步距均值递减

N040 R26=-[R24*R24]/[2*R17]；由X值计算抛物线上任一点Z坐标值

N050 G01 X=R24 Z=R26 F=R9；沿着抛物线作直线插补

N060 IF R24<[R22/2]GOTOB MARKE1；如果R24小于R22/2，则跳转到MARKE1标志符程序段

N070 G01 X=R22 Z=R26 F=3*R9；斜线退到工件右端面外

N080 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对抛物线曲线类零件精车削的用户宏程序

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—抛物线顶点的工件坐标横向绝对坐标值

#25=Z₀；Z₀—抛物线顶点的工件坐标纵向绝对坐标值

#16=Q；Q—抛物线焦点坐标在Z轴上绝对值的2倍（P）

#21=V；V—抛物线的开口距离

#10=K；K—X向递减均值

#5=F；F—切削速度

主程序如下：

O××××；文件名

%××××；程序号

N010 G18 G99 G97 G54 G40；工艺加工状态设置

︙

N100 T0404；调用精加工车削抛物线轮廓的刀具

N105 M03 S1000；切换精加工转速

N110 M98 P2313 XZQVKF；调用精车削抛物线形状轮廓的用户宏程序

︙

N155 M05；主轴停止

N160 M30；程序结束并返回程序开头

%2313；用户宏子程序号

N010 G00 X[#23] Z[#25+5]；刀具快速接近抛物线顶点处

N020 G01 Z[#25] F[2*#5]；以工进速度直线插补到抛物线顶点

N030 WHILE#23LT[#21/2]；如果#23大于#21/2，则跳转到N080程序段

N040 #23=#23+#6；X向步距均值递加(www.xing528.com)

N050 #25=-[#23*#23]/[2*#17]；由X值计算抛物线上任一点Z坐标值

N060 G01 X[#23] Z[#25] F[#5]；沿着抛物线作直线插补

N070 ENDW；返回循环体

N080 G01 X[#21] Z[#25] F[3*#5]；斜线退到工件右端面外

N090 M99；子程序结束并返回主程序

4.编程实例

在数控车床上加工如图2-12所示一抛物线形状的零件，抛物线的开口距离为42mm，抛物线方程为X²=-10Z，试编写此零件的数控加工程序。

解：

（1）工艺设计 建立如图2-12所示编程坐标系，机床坐标系偏置值设置在G54寄存器中。零件各级外圆先采用数控系统内外圆粗加工复合循环和精加工复合循环进行车削加工，然后再对抛物线形状轮廓进行余量切除，最后再调用精车削抛物线形状轮廓的用户宏程序对其进行精加工。

（2）切削用量1号刀为外圆粗车刀，粗加工时，主轴转速680r/min，进给速度0.25mm/r；2号刀为外圆精车刀，精加工时，主轴转速1000r/min，进给速度0.1mm/r；车刀起始位置在工件坐标系右侧（90，100）处，精加工余量为0.5mm。

图2-12 抛物线轮廓形状零件编程实例示意图

a）抛物线轮廓形状零件编程实例尺寸图 b）效果图

（3）加工参考程序

1）FANUC 0i系统

O××××；主程序名

N10 G54 G18 G21 G97 G95；程序运行初始状态设置

N15 T0101；调用1号粗车刀

N20 M03 S680；主轴正转680r/min

N25 G00 X90.0 Z100.0 M07；刀具起刀点，打开切削液

N30 M98 P1；调用外圆粗、精加工复合循环子程序

N35 G00 X90.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N50 M98 P2；调用抛物线形状轮廓余量切除子程序

N60 G00 X90.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N65 T0202；调用2号精车刀

N70 M03 S1000；切换主轴转速到精车转速，主轴正转1000r/min

N75 G65 P2313 X0 Z0.Q5.0 V42.0 K0.1 F0.1；调用抛物线形状轮廓精车削的用户宏程序

N80 G00 X90.0 Z100.0 M09；刀具退离零件，切削液停止

N85 M05；主轴停止

N90 M30；程序结束并返回程序开头

子程序：

O1；外圆粗、精加工复合循环子程序（略）

︙

M99；子程序结束，并返回主程序

O2；抛物线形状轮廓余量切除子程序（略）

︙

M99；子程序结束，并返回主程序

O2313；抛物线形状轮廓精车削的用户宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束，并返回主程序

2）SINUMERIK 802D数控系统

××××××××；主程序名

N10 G54 G18 G71 G95 G97；程序运行初始状态设置

N15 T01 D01；调用1号粗车刀

N20 M03 S680；主轴正转680r/min

N25 G00 X90.0 Z100.0 M07；刀具起刀点，打开切削液

N30 L1；调用外圆粗、精加工复合循环子程序

N35 G00 X90.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N50 L2；调用抛物线形状轮廓余量切除子程序

N60 G00 X90.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N65 T02 D02；调用2号精车刀

N70 M03 S1000；切换主轴转速到精车转速，主轴正转1000r/min

N75 R24=0 R26=0 R17=5.0 R22=42.0 R6=0.1 R9=0.1；参数设置

N80 L2313；调用抛物线形状轮廓精车削的用户R参数程序

N85 G00 X90.0 Z100.0 M09；刀具退离零件，切削液停止

N90 M05；主轴停止

N95 M30；程序结束并返回程序开头

子程序：

L1.SPF；外圆粗、精加工复合循环子程序（略）

︙

RET；子程序结束，并返回主程序

L2.SPF；抛物线形状轮廓余量切除子程序（略）

︙

RET；子程序结束并返回主程序

L2313.SPF；抛物线形状轮廓精车削的用户R参数程序（见上）

︙

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

O××××；文件名

%××××；程序号

N10 G54 G18 G21 G99；程序运行初始状态设置

N15 T0101；调用1号粗车刀

N20 M03 S680；主轴正转680r/min

N25 G00 X90.0 Z100.0 M07；刀具起刀点，打开切削液

N30 M98 P1；调用外圆粗、精加工复合循环子程序

N35 G00 X90.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N50 M98 P2；调用抛物线形状轮廓余量切除子程序

N60 G00 X90.0 Z100.0；刀具退回到起刀点

N65 T0202；调用2号精车刀

N70 M03 S1000；切换主轴转速到精车转速，主轴正转1000r/min

N75 M98 P2313 X0 Z0.Q5.0 V42.0 K0.1 F0.1；调用抛物线形状轮廓精车削的用户宏程序

N80 G00 X90.0 Z100.0 M09；刀具退离零件，切削液停止

N85 M05；主轴停止

N90 M30；程序结束并返回程序开头

子程序：

%1；外圆粗、精加工复合循环子程序（略）

︙

M99；子程序结束并返回主程序

%2；抛物线形状轮廓余量切除子程序（略）

︙

M99；子程序结束并返回主程序

%2313；抛物线形状轮廓精车削的用户宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束并返回主程序