巧用宏程序加工椭球面
数控车宏程序的研究及椭圆实例加工分析
Ｓ Ｃ Ｅ ｌ Ｎ Ｃ Ｅ ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ ０ Ｇ Ｙ ．
匪圆
数控车宏 程序 的研 究及椭 圆实例加 工分析
刘 衍 益
（ 江 苏省无 锡 交通高等 职业 技术 学校 江苏 无锡 ２ １ ４ １ ５ １ ）
摘 要。 随 着敖控技术在 制造业 的快速 发展 和新 产品不断的涌现 ， 不仅要 掌握数控机床 操作和基 本的手工 骗程技 能， 宏程序鳊程和 自动程 序（ 计 算机 麓助翦程》 技 术作 为高级 程序 受 序 列 的必备 技 术也是必 须要 掌握 的， 宏程 序 的主 要应 用范 围在 椭 圆车 削宏程序蝙程 、 凹／ 整 椭 圈车 削宏程 序壕程 ， 糖Ｉ Ｉ内 孔车 削宏程 序 稿程 ， 旋 转椭 圈宏程 序 墙程 ． 正弦 曲 线外 聊轮 廓车 削宏程序 鳊程 ， 双 曲 线外 固轮 廓 车 削宏程 序 蝙程 等 。 本文 主要介 绍 了宏程 序在 精 硼车 削中的 应 用及实 倒加 工分 析 。 关 键词 ： 数控 车 椭曩 蝣程 与加工分析 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ５ １ ９ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号： １ ６ ７ ２ —３ ７ ９ １ （ ２ ｏ １ ３ ） ０ ９ （ ｂ ） 一０ ０ ９ １ — ０ ２
直接得出极 角 ， 另一 种 方法 也 可 以 通 过 数 学推导公式 。 （ 推导过程省略 。 ） 将 椭 圆 参 数 方程 转 换 成 数控 车 用 参 数 方 程 如下 ：
｛ Ｘ＝ ａ ×Ｃ Ｏ Ｓ ｃ 【Ｙ ＝ ｂ× ｓ ｉ ｎ Ｂ｝
２ 实例 分析
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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程序的应 用 ， 其 最 大 的 特 点 就 是 将 有 规律 的形状 或尺寸 用最短的程序 表示 出来 ， 具 有极好 的易读性 和易修改性 ， 编 写 出 的 程 序简洁 、 逻 辑严密 、 通用性 强。 近 年 来 数控 大赛受 到各方 面的重视 ， 大 赛 的 内 容 也在
数控车床加工椭圆的宏程序
数控车床加工椭圆的宏程序随着数控技术不断进步, 数控车床加工中各种复杂形面也日渐增多, 如椭圆、抛物线、正弦曲线、余弦曲线、双曲线等各种非圆曲面。
对于上述各种复杂成形面, 利用CAM 软件进行自动编程相对简单, 但由于种种原因, 在绝大多数情况下数控车床主要还是依靠手工编程。
椭圆轴线与数控车床Z 轴重合的情形相对比较简单, 其解决方案也多见于各类文献, 但在本例中椭圆轴线与数控车床Z 轴呈一定夹角, 编程和加工难度陡增,主要原因如下: ①机床数控系统本身既不存在加工椭圆等非圆曲线的G 指令, 更没有类似G68 这样的旋转指令, 使编程难度大大增加。
②加工中变量的参数直接影响着加工的效率以及质量, 很容易产生过切报警, 即使程序正确无误, 实际加工时的参数调整也非常困难, 直接影响着加工能否顺利进行, 以及加工精度能否保证。
总而言之, 目前尚未见有表述类似实例的文章。
本实例进行了有益的尝试和探索, 给出了切实可行的解决方案, 为类似问题提供了难得的参考及借鉴。
椭圆宏程序的编制如下。
1. 椭圆方程宏程序主要利用各种数学公式进行运算加工, 因此编制旋转椭圆程序操作者必须要掌握椭圆方程和旋转公式等各种数学公式的计算方法并加以灵活运用。
椭圆方程有两种形式, 分别是椭圆的标准方程和参数方程。
椭圆标准方程:椭圆参数方程:其中a 、b 分别为X、Z 所对应的椭圆半轴。
2. 旋转公式由于数控车床并不像加工中心那样存在着旋转指令, 所以要利用旋转公式来进行椭圆的旋转。
旋转公式的定义:如图1 所示, 平面上绕点O 旋转, 使平面上任意一对对应点P 和P′与一个定点O 连接的线段都相等, 即OP = OP′, 且角∠POP′等于角θ, 点O称为旋转中心, 角θ称为旋转角。
旋转公式: 如图1 所示, 取直角坐标系, 以原点O为旋转中心, 旋转角为θ, 平面上任意一点P ( x, z) 旋转到P′( x′, z′) , 令∠XOP= α, 则∠XOP′= α+ θ, 且OP = OP ′。
基于宏程序的椭球面加工刀路算法
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椭圆形加工宏程序的编程实例数控宏程序编程实例
椭圆形加工宏程序的编程实例数控宏程序编程实例
实际应用中，还经常会遇到各种各样的椭圆形加工特征。
在现今的数控系统中，无论硬件数控系统，还是软件数控系统，其插补的基本原理是相同的，只是实现插补运算的方法有所区别。
常见的是直线插补和圆弧擂补，没有椭圆插补，手工常规编程无法编制出椭圆加工程序，常需要用电脑逐一编程，但这有时受设备和条件的限制。
这时可以采用拟合计算，用宏程序方式，手工编程即可实现，简捷高效，并且不受条件的限制。
加工如下图所示的椭圆形的半球曲面，刀具为R8的球铣刀。
利用椭圆的参数方程和圆的参数方程来编写宏程序。
椭圆的参数方程为：X=A*COS&；
Y=B*COS&；
其中，A为椭圆的长轴，B为椭圆的短轴。
编制参考宏程序如下：
%0012
#1=0
#2=20 (短半轴)
#3=30（长半轴）
#4=1（角度增量值）
#5=90（球面角度终止值）WHILE #5 GE #1 DO1
#6=#3*COS[#5*PI/180]+4 #7=#2*SIN[#5*PI/180]
G01X[#6]F800
Z[#7]
#8=360
#9=0
WHILE #9 LE #8 DO2
#10=#6*COS[#9*PI/180]
#11=#6*SIN[#9*pi/180]*2/3 G01X[#10]Y[#11]F800
#9=#9+1(计数器)
END1
#5=#5-#4(计数器)
END2
M99
在上例中可看出，角度每次增加的大小和最后工件的加工表面质量有较大关系，即记数器的每次变化量与加工的表面质量和效率有直接关系。
巧用宏程序加工椭球面
巧用宏程序加工椭球面赫英歧(江苏财经职业技术学院，江苏淮安223003)摘要：该文提出了一种基于FA N U C O i数控系统宏程序的椭球面加工方法。
通过对椭球面数学方程的分析，利用普通键槽铣刀在2．5轴数控铣床上实现椭球面的加工，降低了对刀具和数控系统的要求。
能很好地保证加工精度。
关键词：椭球面；宏程序；数控加工1引言数控机床是当今制造业中最主要的精加工设备，要使这种高效自动化机床更好地发挥效益，其关键之一，就是开发和提高数控系统的使用性能。
对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用一般编程方法比较容易完成。
但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用一般的编程方法就有一定的困难，且出错机率大，有的甚至无法编出程序。
而采用宏程序则可以很好地解决这一问题。
宏程序的应用。
是提高数控系统使用性能的有效途径。
2宏程序宏程序简单易学、实用，趣味性大，在编程中它可以将数学公式、微分方程等有关知识结合到程序中，它也是利用基本计算方法解决工程实际问题的有效方法。
宏编程千变万化，掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律，灵活地运用好变量，结合数学知识，开拓思维空间。
2．1宏程序定义由用户编写的专用程序，它类似于子程序，可用规定的指令作为代号，以便调用。
宏程序的代号称为宏指令。
2．2宏程序的特点一宏程序与一般数控程序的区别主要在于能支持变量、运算和程序流程控制。
2-3宏程序的使用过程首先对参数进行赋值，参数间进行相关运算，然后对参数进行逻辑判断，最后控制程序进行跳转，从而对程序进行控制。
2．4宏程序指令格式(以FA N U C O i系统为例)。
变量：表示取值是可以变化的量，由“#”加数字组成，如#1 (1号变量)；运算符：包括算术运算符、条件运算符和逻辑运算符等，如：+(加)、LE(小于等于)；表达式：由运算符连接起来的函数及变量等，如：S I N【】(正弦函数)、#1+#3+舵(1号变量与3号变量之积加上2号变量)；循环语句：由循环判断语句、循环体和结束语等组成．如：W H I LE降l L E100】D O I……………………………(循环体语句)E N D l上述程序含意为：2．4．1条件表达式满足时(1号变量当前值小于等于100)，程序段D O1至E N D l间循环体语句即重复执行；2．4．2条件表达式不满足时(1号变量当前值大于100)，程序转到EN D l后处执行；3应用示例以如图l所示椭球面的加工为例，该椭球面为X Y平面上的椭圆母线绕x轴旋转一周所形成的旋转体上半部。
宏程序多重嵌套的椭球体加工编程
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ ｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｙ ｉ ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ７ ５ ０ ０ ２ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘
要： 目前 的椭 圆轮廓数控铣 削宏程序编制， 通常只考虑一个坐标平面内的椭圆轮廓。而且只 实现精加工 ， 而无法完成
整个立方体毛坯到椭球体的去余量加工 ， 存在很 大的局 限性 。椭球 体三个坐标平面投影 均为椭 圆， 粗加工不但要在 高度 多次切 削完成 自动去余 量加 工。在高度 方向用等角度 法直线逼
ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔｉ ｏｎ，ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｃ ｕ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｌ ｉ ｐｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏ ｕ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏｎ ｉ ｐｅ ｒ ｐ ｅ ｎ ｄ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｙ ｖ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ
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第 ７期 ２ ０ １ ５年 ７月
机 械 设 计 与 制 造
宏程序加工球面椭圆在数控铣床上的应用
宏程序加工球面椭圆在数控铣床上的应用【摘要】宏程序是手工编程的高级形式,合理的运用宏程序会使程序变得简单、而且加工精度很高、相对于CAD/CAM自动编程软件的数控程序、加工时间也会大大缩短。
文章通过实际的加工实例、从椭圆程序结构上探索了宏程序在数控加工上的运用。
【关键词】数控宏程序椭圆变量运用1 导言随着科学技术的发展,数控机床在机械制造业中的应用越来越广泛,而在对数控机床的应用中,机床系统所提供的宏程序、参数编程的功能,并没有得到广泛的运用。
在程序中大量使用变量,通过对变量进行赋值及处理的方法达到程序功能,实现加工,这种有变量的数控程序称之为宏程序。
宏程序与普通的程序的区别在于:普通程序只可指定常量、常量之间不可以运算,程序只能按顺序执行,不能跳转、功能是固定的。
宏程序可以使用变量、可以给变量赋值、变量之间可以进行运算、程序运行可以跳转。
实际的教学和生产中,普通的数控指令、程序都是针对平面、直线和简单的圆弧等轮廓。
当遇到诸如球面、椭圆等非圆曲线零件的加工,除非运用CAD/CAM 软件进行自动编程,否则将无法加工零件。
尽管现在使用各种CAD/CAM软件编程已成为数控加工的潮流,但手工编程毕竟还是基础,各种疑难杂症的解决,往往还是要运用到宏程序。
宏程序具有灵活性、通用性、和智能性等特点。
宏程序在生产实践中应用广泛,尤其是在各种曲面的编程中最为常用。
掌握宏程序在数控编程和加工中的运用。
是学好数控技术的基础。
2 平面椭圆宏程序在加工中的运用椭圆是数控加工中常遇到的曲面之一,也是现有数控系统中须用宏程序来进行编程和加工的曲面。
编制椭圆加工程序和加工方法也就是利用了椭圆的方程和参数,运用椭圆变量之间的关系构成加工程序,形成刀具加工轨迹。
2.1 椭圆标准方程。
X=acosθy=bsinθ2.2 平面椭圆零件加工图例。
零件的加工使用TK7650型FANUC系统数控铣床,采用手动换刀方式加工。
设椭圆的中心为坐标原点、运用椭圆的参数方程通过选择椭圆极角θ的增量将椭圆分成若干线段或圆弧,每次增加角度变量为2,从极角θ=90开始,切削到极角θ=460终点结束。
法兰克系统椭圆球面宏程序
法兰克系统椭圆球面宏程序Summary: This text synopsis introduced the set up of concept, the plait distance priniple and mathematics pattern of the great procedure a method. Also take processing oval sphere as solid instance, introduced draw up of great procedure process in detail. Finally give adoption Siemens 802 D the system draw up of procedure and procedure annotationof the process of oval sphere.Key words：Great procedure；Oval sphere；The parameter square distance；Great variable；R parameter）一、导言对于具有曲面或复杂轮廓的零件，特别是包含三维曲面的零件，采用一般手工编程困难很大，且容易出现错误，有的甚至无法编制程序。
而采用宏程序，就能很好的解决这一问题。
二、宏程序宏程序就是使用了宏变量的程序。
在一般的程序编制中，程序字中地址字符后为一常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适用性。
宏程序中的地址字符后则为一变量（也称宏变量），可以根据需要通过赋值语句加以改变，使程序具用通用性。
配合循环语句、分支语句和子程序调用语句，可以编制各种复杂零件的加工程序。
三、宏程序的编制编制宏程序时必须建立被加工零件的数学模型。
也就是通过数学处理找出能够描述加工零件的数学公式。
数学处理一般有以下两个环节：一是选择插补方式；二是求出插补节点的坐标计算通式。
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巧用宏程序加工椭球面
摘要：该文提出了一种基于FANUC Oi数控系统宏程序的椭球面加工方法。
通过对椭球面数学方程的分析，利用普通键槽铣刀在2.5轴数控铣床上实现椭球面的加工，降低了对刀具和数控系统的要求，能很好地保证加工精度。
关键词：椭球面；宏程序；数控加工
1 引言
数控机床是当今制造业中最主要的精加工设备，要使这种高效自动化机床更好地发挥效益，其关键之一，就是开发和提高数控系统的使用性能。
对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用一般编程方法比较容易完成。
但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用一般的编程方法就有一定的困难，且出错机率大，有的甚至无法编出程序。
而采用宏程序则可以很好地解决这一问题。
宏程序的应用，是提高数控系统使用性能的有效途径。
2宏程序
宏程序简单易学、实用，趣味性大，在编程中它可以将数学公式、微分方程等有关知识结合到程序中，它也是利用基本计算方法解决工程实际问题的有效方法。
宏编程千变万化，掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律，灵活地运用好变量，结合数学知识，开拓思维空间。
2.1宏程序定义
由用户编写的专用程序，它类似于子程序，可用规定的指令作为代号，以便调用。
宏程序的代号称为宏指令。
2.2宏程序的特点
宏程序与一般数控程序的区别主要在于能支持变量、运算和程序流程控制。
2.3宏程序的使用过程
首先对参数进行赋值，参数间进行相关运算，然后对参数进行逻辑判断，最后控制程序进行跳转，从而对程序进行控制。
2.4宏程序指令格式（以FANUC Oi系统为例）
变量：表示取值是可以变化的量，由“#”加数字组成，如#1（1号变量）；
运算符：包括算术运算符、条件运算符和逻辑运算符等，如：+（加）、LE （小于等于）；
表达式：由运算符连接起来的函数及变量等，如：SIN[ ]（正弦函数）、#1*#3+#2（1号变量与3号变量之积加上2号变量）；
循环语句：由循环判断语句、循环体和结束语等组成，如：
WHILE [#1 LE 100] DO1
……………………………（循环体语句）
END1
上述程序含意为：
2.4.1条件表达式满足时（1号变量当前值小于等于100），程序段DO 1至END 1间循环体语句即重复执行；
2.4.2条件表达式不满足时（1号变量当前值大于100），程序转到END 1后处执行；
3应用示例
以如图1所示椭球面的加工为例，该椭球面为XY平面上的椭圆母线绕X 轴旋转一周所形成的旋转体上半部。
其各向视图如图2、图3和图4所示。
使用宏程序编写椭球面的加工程序，利用普通键槽铣刀在2.5轴数控铣床上即可实现高精度的加工。
图1 椭球面立体图图2 主视图
图3 俯视图图4 左视图
利用宏程序加工特殊曲线的基本思路是使用多段等分的细小直线依次连接来拟合曲线，如图5所示。
当等分的直线段越多时，对曲线的逼近效果越好。
可根据工件表面粗糙度要求选择等分的段数。
3.1椭球面加工思路
在椭球面高度范围内（0-10mm）对Z轴进行N等分（N根据加工精度要图5曲线拟合原理
求适当选取）,在等分点处做N个与XY轴平行的平面截取椭球面，其相关线均为椭圆，此椭圆轨迹可利用宏程序进行加工。
由此形成的N个椭圆轨迹沿Z 轴均匀分布即可拟合出椭球面。
3.2截面椭圆轨迹方程的确定
已知椭球面母线方程为：
对于XY平面内的任意曲线：F(X,Y)=0，其绕X轴旋转一周所形成的旋转体曲面方程应为：。
所以该椭球面方程为：
在N等分的任一水平截面上，设其Z值为h（0≤h≤10），带入椭球面方程可得：
经整理可转化为：
上式即为N等分水平截面与椭球面相交后所形成的截面椭圆轨迹方程。
3.3椭圆轨迹的加工
利用宏程序加工椭圆轨迹时，为了编程方便，通常使用椭圆参数方程，即
X=a*cosθ
Y=b*sinθ
式中：a代表椭圆长轴半径；b代表椭圆短轴半径；θ为角度自变量0°≤θ≤360°，
对θ角度范围（0°≤θ≤360°）进行M等分（M根据加工精度要求选取），由上述参数方程可求得相邻等分角所对应的椭圆轨迹上两个相邻点，利用G01直线插补指令完成各相邻点间轨迹的加工，即可实现对椭圆轨迹的拟合加工。
4加工程序
4.1加工刀具：直径为10mm的键槽铣刀；
4.2工件坐标系：
用G54指令建立如图2-图4所示工件坐标系；
4.3宏变量分配：
#1-Z坐标（0～10mm）;#2-θ角（0°～360°）
#3-X坐标;#4-Y坐标
#5-Z坐标中间变量
4.4加工程序：
OO001
N5G90 G54 S3000 MO3 T01; （建立工件坐标系，主轴正转）
N10 G00 X25 Y-20 Z50;
N15 Z0;（快速到达起刀点）
N20 G01 Y0 F2000; （进给到达循环起点位置）
N25 #1=0;（置Z坐标初值为0）
N30 WHILE [#1 LE 10] DO1;（平行截面划分循环终止条件）
N35 #2=0; （置椭圆参数方程角度变量初值为0）
N40 WHILE [#2 LE 360] DO2; （椭圆加工角度变量循环终止条件）
N45 #3=[2*SQRT[100-#1*#1]+5]*COS[#2]；（截面椭圆轨迹加工时刀具中心点X坐标）
N50 #4=[SQRT[100-#1*#1]+5]*SIN[#2];（截面椭圆轨迹加工时刀具中心点Y 坐标）
N55 G01 X[#3] Y[#4] F2000; （椭圆轨迹上相邻两点间进行直线插补）
N60 #2=#2+0.5; （椭圆参数方程角度变量增加步长为0.5°）
N65 END2;（椭圆轨迹循环加工结束）
N70 #1=#1+0.05;（平行截面Z坐标变量增加步长为0.05mm）
N75 #5=2*SQRT[100-#1*#1]+5; (求相邻平行截面下一Z坐标)
N80 GO1 X[#5] Z[#1] F1000; （直线插补到达下一平行截面椭圆轨迹刀具起点）
N85 END1 （椭球面循环加工结束）
N90 G00 Z100; （刀具退出）
N95 M05;（主轴停转）
N100 M30; （程序结束）
5结论
使用专业软件自动生成的椭球面加工程序占用字节数多，而且加工参数不好修改，精度控制不方便。
宏程序编写的椭球面加工程序结构简单，指令数少，对内存空间占用小，参数修改方便，只需修改N60、N70中的变量增加步长值即可提高加工精度和表面粗糙度，具有很大的优越性。
参考文献：
[1]徐建高.FANUC系统数控铣床（加工中心）编程与操作实用教程.化学工业出版社，2007，7.
[2]蔡复之.实用数控加工技术.兵器工业出版社,1995.
[3]王志平.数控编程与操作.高等教育出版社，2004.
[4]顾京.数控加工编程及操作. 高等教育出版社,2003.。