椭圆类零件曲面的宏程序编程技巧

编制图3-86所示铣削椭圆类零件的曲面通用程序。假设椭圆的长半轴为a、短半轴为b，椭圆长轴与X轴的夹角为β，椭圆的参数方程为X=acos（β）、Y=bsin（β），最终加工深度为h。

工艺分析：加工此类零件曲面，一般先将工件坐标原点偏置到椭圆中心，再将工件坐标系进行旋转，与椭圆对称轴重合；采用直线逼近（也叫拟合）在椭圆上以角度分段，以1°～5°为一个步距，并把角度作为自变量。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，下面编制一个只用变量不用具体数值的宏程序，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，不必更改宏程序，而只需修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据就可以了。注意：为了保证椭圆曲面的精度，以角度为循环条件的判断，使每循环一次的角度变化为均值。假设刀具切削选择不对称顺铣方式（逆时针）。

图3-86 铣削加工椭圆类零件示意图

a）零件图 b）效果图

由以上工艺分析，可画出图3-87所示该宏程序的结构流程框图。

图3-87 椭圆类零件曲面宏程序的结构流程框图

1.HNC—21/22M华中世纪星数控系统对铣削椭圆类零件的曲面用户宏程序

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—椭圆中心的工件坐标横向绝对坐标值

#24=Y₀；Y₀—椭圆中心的工件坐标纵向绝对坐标值

#7=h；h—最终加工深度

#17=R；R—安全高度

#0=a；a—长半轴

#1=b；b—短半轴

#2=β；β—椭圆长轴与X轴的夹角

#3=D；D—刀具半径

#5=F；F—进给速度

#8=α；α—初始角度

#9=γ；γ—终止角度

#10=K；K—角度步长

%3371；宏程序号

N010 #30=#0*COS[[#8-1]*P1/180]；椭圆曲线起点延长线上的X绝对坐标值（X=aCOS（α-1））

N015 #31=#1*SIN[[#8-1]*PI/180]；椭圆曲线起点延长线上的Y绝对坐标值（Y=bSIN（α-1））

N020 #33=#0*COS[[#9+1]*P1/180]；椭圆曲线终点延长线上的X绝对坐标值（Y=bSIN（γ+1））

N025 #34=#1*SIN[[#9+1]*P1/180]；椭圆曲线终点延长线的Y绝对坐标值（Y=bSIN（γ+1））

N028 #101=#3；将刀具半径值赋给中间变量#101

N030 G68 X[#23] Y[#24] P[#2]；以椭圆中心为旋转中心，将工件坐标系旋转β

N035 G00 X[#23+2*#30] Y[#24+#31]；指令刀具移到刀具起刀点

N040 Z[#17]；刀具快速下降到工件上方安全距离

N045 G01 Z[#7] F[3*#5]；刀具以工进速度下降到最终加工深度

N050 G64 G42 G01 X[#23+#30] F[3*#5]D101；右刀补到椭圆起点

N055 WHILE#8LE#9；如果#8（初始角度）大于#9（终止角度），则跳转到N085程序段

N060 #30=#0*COS[#8*PI/180]；椭圆曲线上任意一点的X绝对坐标值X=aCOSα

N065 #31=#1*SIN[#8*PI/180]；椭圆曲线上任意一点的Y绝对坐标值Y=bSINα

N070 G64 G01 X[#23+#30] Y[#24+#31] F[#5]；铣刀沿着椭圆曲线直线插补

N075 #8=#8+#10；角步距均值递增

N080 ENDW；返回循环体

N085 G01 X[#23+#33] Y[#24+#34] F[#5]；沿椭圆终点延长线切出

N090 G00 Z100；快速抬刀

N095 G40 X[#23+2*#0]；取消刀具补偿，快速退到工件一侧

N100 G69；取消坐标系旋转

N105 M99；子程序结束并返回主程序

2.SINUMERIK802D数控系统对铣削椭圆类零件的曲面用户R参数程序

R参数含义：

R24=X₀；X₀—椭圆中心的工件坐标横向绝对坐标值

R25=Y₀；Y₀—椭圆中心的工件坐标纵向绝对坐标值

R11=h；h—最终加工深度

R18=R；R—安全高度

R1=a；a—长半轴

R2=b；b—短半轴

R3=β；β—椭圆长轴与X轴的夹角

R4=α；α—初始角度

R5=γ；γ—终止角度

R6=K；K—角度步长

R7=D；D—刀具半径

R9=F；F—进给速度

L3371.SPF；R参数程序名

N010 R30=R1*COS[R4-1]；椭圆曲线起点延长线上的X绝对坐标值（X=aCOS（α-1））

N015 R31=R2*SIN[R4-1]；椭圆曲线起点延长线上的Y绝对坐标值（Y=bSIN（α_-1））

N020 R33=R1*COS[R5+1]；椭圆曲线终点延长线上X绝对坐标值（X=aSIN（γ_-1））

N025 R34=R2*SIN[R5+1]；椭圆曲线终点延长线上Y绝对坐标值（Y=bSIN（γ_-1））

N028 R101=R7；将刀具半径值赋给中间变量R101

N030 TRANS X=R24 Y=R25；建立局部工件坐标系

N035 AROT RPL=R3；以椭圆中心为旋转中心，将工件坐标轴旋转β

N040 G90 G00 X=2*R30 Y=R31；指令刀具移到刀具起刀点

N045 Z=R18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N050 G01 Z=R11 F=3*R9；刀具以工进速度下降到最终加工深度

N055 G64 G42 G01 X=R30 Y=R31 F=3*R9 D=R101；右刀补到椭圆起点

N060 MARKE1：R30=R1*COS[R4]；椭圆曲线上任意一点的X绝对坐标值X=aCOSα

N065 R31=R2*SIN[R4]；椭圆曲线上任意一点的Y绝对坐标值Y=bSINα

N070 G64 X=R30 Y=R31；铣刀沿着椭圆曲线直线插补

N075 R4=R4+R6；角步距均值递增

N080 IF R4＜=R5 GOTOB MARKE1；如果R4（初始角度）小于或等于R5（终止角度），则程序跳转到标志符MARKE1程序段

N085 G01 X=R33 Y=R34 F=R9；沿椭圆终点延长线切出

N090 G00 Z100；快速抬刀

N095 G40 X=2*R1；取消刀具补偿，快速退到工件一侧

N100 TRANS；取消坐标系偏移和旋转

N105 RET；R参数子程序结束并返回主程序

3.FANUC0i数控系统对铣削椭圆类零件的曲面用户宏程序

自变量含义：

#24=X₀；X₀—椭圆中心的工件坐标横向绝对坐标值

#25=Y₀；Y₀—椭圆中心的工件坐标纵向绝对坐标值

#11=h；h—最终加工深度

#18=R；R—安全高度

#1=a；a—长半轴

#2=b；b—短半轴

#3=β；β—椭圆长轴与X轴的夹角

#4=α；α—初始角度

#5=γ；γ—终止角度

#6=K；K—角度步长

#7=D；D—刀具半径

#9=F；F—进给速度

O3371；宏程序名

N010#30=#1*COS[#4-1]；椭圆曲线起点延长线上的X绝对坐标值（X=aCOS（α-1））

N015#31=#2*SIN[#4-1]；椭圆曲线起点延长线上的Y绝对坐标值（Y=bSIN（α_-1））

N020#33=#1*COS[#5+1]；椭圆曲线终点延长线上的X绝对坐标值（Y=aCOS（γ+1））

N025#34=#2*SIN[#5+1]；椭圆曲线终点延长线的Y绝对坐标值（Y=bSIN（γ+1））

N030#101=#7；将刀具半径值赋给中间变量#101

N035 G52 X#24 Y#25；建立局部工件系

N040 G68 X0 Y0 R#3；以椭圆中心为旋转中心，将工件坐标系旋转β

N045 G90 G00 X[2*#30] Y#31；指令刀具移到刀具起刀点

N050 Z#18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N055 G01 Z#11 F[3*#9]；刀具以工进速度下降到最终加工深度

N060 G64 G42 G01 X#30 Y#31 F#9 D101；右刀补到椭圆起点(www.xing528.com)

N065 WHILE[#4LE#5]DO 1；如果#4大于#5，则程序跳转到N095程序段

N070 #30=#1*cos[#4]；椭圆曲线上任意一点的X绝对坐标值X=acosα

N075 #31=#2*sin[#4]；椭圆曲线上任意一点的Y绝对坐标值Y=bsinα

N080 G64 X#30 Y#31；铣刀沿着椭圆曲线直线插补

N085 #4=#4+#6；角步距均值递增

N090 END1；返回循环体

N095 G01 X#33 Y#34 F#9；沿椭圆终点延长线切出

N100 G00 Z100；快速抬刀

N105 G40 X[2*#1]；取消刀具补偿，快速退到工件一侧

N110 G69；取消坐标系旋转

N115 G52 X0 Y0；取消局部坐标系

N120 M99；子程序结束并返回主程序

4.编程实例

在铣床或加工中心上加工图3-88所示椭圆零件的曲面，椭圆长半轴为35.0mm，椭圆短半轴为20.0mm，深度为10.0mm，椭圆长轴与零件侧面的夹角为45°；零件毛坯尺寸（长×宽×高）为80mm×80mm×30mm。试用变量（或参数）编写出加工此类零件的宏程序。

图3-88 椭圆零件铣削加工编程实例

a）尺寸图 b）效果图

解：

（1）工艺设计 建立工件坐标系，确定椭圆零件的左下角为工件坐标系X、Y轴的零点，工件表面为工件坐标系Z轴的零点，机床坐标系偏置值设置在G54寄存器中。

（2）加工顺序 先用ϕ25mm立铣刀粗加工椭圆周围的余量，再用ϕ16mm的立铣刀粗、精加工椭圆曲面。

加工椭圆时，先将工件坐标原点偏置到椭圆中心，再将工件坐标系旋转45°；根据椭圆参数方程（X=aCOS（α），Y=bSIN（α）），采用直线逼近（也叫拟合），在椭圆上以角度分段，粗加工时以5°为一个步距，精加工时以2°为一个步距，并把角度作为自变量，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。

粗、精加工都采用不对称顺铣削方式。粗加工时，主轴转速400r/min，铣削进给速度120mm/min；精加工时，主轴转速600r/min，铣削进给速度100mm/min。主轴起始位置在零件上方50.0mm处，刀具起始切削安全高度在零件上方2.0mm处，精加工余量为0.5mm。

（3）零件加工程序

1）HNC—21/22M华中世纪星数控系统。

主程序如下：

O××××；文件名

%××××；程序号

N10 T01 M06；调用1号刀（ϕ25mm立铣刀）

N15 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S400 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为400r/min

N25 X0.0 Y0.0 M07 D01；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 M98 P0730；调用去余量粗加工子程序

N35 M06 T02；调用2号刀（ϕ16mm立铣刀）

N40 G43 G00 Z50.0 H02 S500 M03 D02；

N45 M98 P3371 X40.0 Y40.0 H-10.0 R2.0 A35.0 B20.0 C45.0 I0.0 J360.0 K5.0 D8.0 F150.0；调用椭圆类零件曲面加工程序进行椭圆粗加工

N50 S600 M03 D03；主轴正转，转速为600r/min，3号刀补

N55 M98 P3371 X40.0 Y40.0 H-10.0 R2.0 A35.0 B20.0 C45.0 I0.0 J360.0 K2.0 D8.0 F100.0；调用椭圆类零件曲面加工程序进行椭圆精加工

N60 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N65 G49；取消刀具长度补偿

N70 X0 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N75 M30；程序结束并返回程序开头

%0730；去余量粗加工子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

%3371；椭圆类零件曲面加工程序（见上）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

2）SINUMERIK 802D数控系统。

主程序如下：

FZG××××；程序名

N10 M06 T1 D1；调用1号刀（ϕ25mm立铣刀）

N15 G17 G90 G71 G94 G54 G40；程序运行初始状态设置

N20 G00 Z50.0 S400 M03；主轴正转，转速为400r/min

N25 X0.0 Y0.0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 L0730；调用去余量粗加工子程序

N35 M06 T2 D1；调用2号刀（ϕ16mm立铣刀）

N40 G00 Z50.0 S400 M03；主轴正转，转速为400r/min

N45 R24=40.0；椭圆中心的工件坐标横向绝对坐标值

R25=40.0；椭圆中心的工件坐标纵向绝对坐标值

R11=-10.0；最终加工深度

R18=2.0；安全高度

R1=35.0；长半轴

R2=20.0；短半轴

R3=45.0；椭圆长轴与X轴的夹角

R4=0；初始角度

R5=360.0；终止角度

R6=5.0；角度步长

R7=7.0；刀具半径

R9=150.0；进给速度

N55 L3371；调用椭圆类零件曲面加工程序进行椭圆粗加工

N60 M03 S600 D02；主轴正转，转速为600r/min，2号刀补

N65 R9=100.0 R6=2.0；R参数设置

N70 L3371；调用椭圆类零件曲面加工程序进行椭圆精加工

N75 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N80 X0 Y0 M05D0；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N85 M02；程序结束并返回程序开头

L0730.SPF；去余量粗加工子程序（略）

︙

RET；子程序结束，返回主程序

L3371.SPF；椭圆类零件曲面加工R参数子程序（见上）

︙

RET；R参数子程序结束，返回主程序

3）FANUC 0i数控系统。

主程序如下：

O××××；程序名

N10 T01 M06；调用1号刀（ϕ25mm立铣刀）

N15 G17 G90 G21 G54 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S400 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为400r/min

N25 X0.0 Y0.0 M07 D01；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 G65 P0730；调用去余量粗加工子程序

N35 M06 T02；调用2号刀（ϕ16mm立铣刀）

N40 G43 G00 Z50.0 H02 S500 M03 D02；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为500r/min

N45 G65 P3371 X40.0 Y40.0 H-10.0 R2.0 A35.0 B20.0 C45.0 I0.0 J360.0 K5.0 D8.0 F150.0；调用椭圆类零件曲面加工程序进行椭圆粗加工

N50 S600 M03 D03；主轴正转，转速为600r/min

N55 G65 P3371 X40.0 Y40.0 H-10.0 R2.0 A35.0 B20.0 C45.0 I0.0 J360.0 K2.0 D8.0 F100.0；调用椭圆类零件曲面加工程序进行椭圆精加工

N60 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N65 G49；取消刀具长度补偿

N70 X0 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N75 M30；程序结束并返回程序开头

O0730；去余量粗加工子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

O3371；椭圆类零件曲面加工程序（见上）

︙

M99；子程序结束，返回主程序