宏程序在编制非圆曲线类零件程序中的应用
摘要：文章以在华中数控NHC-21Ｔ型数控车系统上编制椭圆加工程序为例,介绍了采用宏程序编程法在编制非圆曲线类零件程序时的分析方法及思路。
关键词：宏程序 椭圆 循环 变量
引言
在用宏程序加工非圆曲线类零件时，一般思路是先把工件坐标原点偏置到该类零件的对称中心上，然后采用直线逼近（也叫拟合）法，即在Z向或X向分段，以一个适合的步距，并把Z或X作为自变量，X作为Z或Z作为X的函数来进行处理。为了适应不同类型的非圆曲线（即不同长短轴的椭圆，不同实、虚轴的双曲线，不同对称轴和不同焦点的抛物线），不同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通用宏程序，然后在主程序中呼出该宏程序的用户宏指令段内为上述变量赋值。这样，对于不同的非圆曲线、不同的起始点和不同的步距，不必修改程序，而只需要修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据即可。由于思考方法大致相同，本文只对椭圆的精加工通用程序和适用程序的应用进行介绍。
一、椭圆类精加工通用程序分析
图（一）所示为带有椭圆过渡的零件，假设椭圆短半轴为a,长半轴为b;我们可使用变量为此类零件编出精加工通用宏程序。
1）分析：椭圆的一般方程: ，我们把Z作为自变量，X作为Z的函数则：
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：
#23=#0*SQRT[1－[#25*#25]/[#1*#1]]
#23=－#0*SQRT[1－[#25*#25]/[#1*#1]]
图（一）椭圆过渡类零件图
2）根据前面所述的一般思路，可画如图（二）所示的椭圆宏程序结构流程图：
图（二）椭圆精加工宏程序结构流程图
3）通用程序示例
我们以工件右端面与轴心线的交点作为坐标原点来建立工件坐标系，如图（一）所示，程序中所用到的局部变量含义如下：
#23=e ；e为椭圆轮廓的起始点工件X坐标值
#25=d ；d为椭圆轮廓的轴起始点工件Z坐标值
#0=a ；a为X向椭圆半轴长度
#1=b ；b为Z向椭圆半轴长度
#2=c ；c为椭圆轮廓终点工件Z坐标值
#3=f ；f为Z轴递变量
#4=g ；g为Z轴偏移量，在数值上与d相等
#5=h ；h为 切削速度
主程序：
%01 ;程序号
N1 T0101
N2 M03 S600
N3 M98 P02 A a B b C c D f E g F h X e Z d ；
调用车削椭圆曲线类零件的用户宏程序，并为变量呼出相应值
N4 G00 X100 Z100 ；回到换刀点
N5 M30 ；程序结束并返回程序开头
%02 ；宏程序名
N1 G00 X[#23] Z1 ；快速定位
N2 WHILE #25 GE #2 ；判断是否走到椭圆Z轴终点
N3 #23=#0*SQRT[1－[#25*#25]/[#1*#1]]；（计算椭圆上任一点X坐标值）
N4 G01 X[2*#23] Z[#25-#4] F[#5]；
将工件坐标系原点偏移到椭圆对称中心，并直线插补椭圆
N5 #25=#25-#3 ；Z轴步距递减
N6 ENDW ；返回循环体
N7 M99 ；子程序结束并返回主程序
二、椭圆适用程序解析
以上为椭圆精加工通用程序，但是我们在实际加工过程中，往往不仅仅只涉及精加工，可能还有较多加工余量需要我们处理。比如，要求在毛坯为ø45mm的材料上加工如图（三）所示的椭圆。在该图当中，X与Z向都存在较多加工余量 ，受上述通用程序启发，此处我们应该设置两个自变量，一个为X轴的，一个为Z轴的。Z轴分析方法与通用程序相同，此处我们主要分析X轴的变化。
图（三）
将图示参数带入上述通用程序中：
#23=22*SQRT[1－[#25*#25]/[40*40]]
G01 X[2*#23] Z[#25-40] F[#5]
当#25=40 时，#23=0
此时刀具刚好在精加工起点（X0，Z0）。在粗加工中，我们可以考虑将精加工起点X方向偏值一个值，并且这个值要满足：当#25=40时，刀具刚好在我们的毛坯或定位处。而此时，#23加上加工总余量，刚好满足这一条件。当加工总余量逐步减小时，椭圆逐步成形，当加工总余量为零时，刚好精加工椭圆。因此，我们可以将加工总余量作为自变量。考虑到此处编程的可行性，我们可以用一个全局变量#50来表示加工总余量。在本例中，材料为ø45mm，若我们考虑编制加工程序时定位到（X46，Z0），则加工总余量初值为46mm，将它赋给#50，即#50=46。若每次X轴的背吃刀量为2mm，则加工总余量演算式为：#50=#50-2。根据如上分析，给出如图（四）流程图
图（四） 主程序流程图
主程序：
%01
N1 T0101
N2 M03 600
N3 G00 X46 Z0；快速定位
N4 #50=46 ；设置加工总余量
N5 WHILE #50 GE 0 ；判断X轴余量是否加工完
N6 M98 P02 ；调用椭圆子程序
N7 #50=#50-2 ；每次背吃刀量，直径值（初值递减）
N8 ENDW ；返回循环体
N9 G00 X100 Z100 ；返回换刀点
N10 M30 ；程序结束
子程序：
%02
N1 #0=22 ；短半轴长度
N2 #1=40 ；长半轴长度
N3 #25=40 ；Z轴起始尺寸
N4 WHILE #25 GE 0 ；判断Z轴是否走完
N5 #23=22*SQRT[1－[#25*#25]/[#1*#1]]；计算椭圆上任一点X坐标值
N6 #3=2*#23+#50 ；将X坐标值赋给#3
N7 WHILE #3 LE 45 ；判断是否加工到最大毛坯处
N8 G01 X[#3] Z[#25-40] F100 ；将工件坐标系原点偏移到椭圆对称中心，并直线插补椭圆
N9 #3=46 ；将一个大于毛坯ø45mm的值赋给#3
N10 ENDW ；返回循环体二
N11 #25=#25-0.1 ；Z轴步距以0.1mm递减
N12 ENDW ；返回循环体一
N13 G00 Z0 ；回到工件右端面
N14 X[#50] ；进到起刀点
N15 M99 ；返回主程序
在本例当中，子程序设置N7……N10这个循环的目的是减少空行程，节省刀具的走刀时间。
在编制宏程序时，应牢记变量的种类及特性，不可乱用，特别是在有多层嵌套的程序当中。因为系统变量与公共变量的用途和性质各不相同。在华中数控系统中，公共变量分局部变量和全局变量。当前局部变量#0-#49是在宏程序中局部使用的变量，全局变量#50- # 199,是通过主程序及其调出的子程序通用的变量。全局变量的用途，在系统中没有规定，用户可以自由使用。系统变量是在系统中用途固定的变量，它的值决定系统的状态。因此，在上例的主程序N4中，我们就必须用全局变量。
结束语
宏程序编程是数控手工编制非常规零件程序时必不可少的编程方法，只要我们掌握了宏程序的编程原理，对规则几何图形建立数学模型，就能解决实际加工中各种几何形状规则零件的加工和“疑难杂症”，同时宏程序编制简单，通用性强，加工效率高，在数控加工中有着广泛应用。
参考文献—
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[2] 世纪星车床数控系统HNC-21/22T编程说明书[M].武汉华中数控股份有限公司,2006.
[3] 袁锋.全国数控大赛试题精选[M].机械工业出版社,2006.
[4] 陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例[M].机械工业出版社,2006.
[5]张超英，谢富春.数控编程技术[M].化学工业出版社,2004.
