基于FANUC0i宏程序在双曲线车削加工中应用

刘旭

（苏州市职业大学，江苏 苏州 215104）

0 引 言

在数控车削加工中，数控系统通常只具有直线和圆弧插补两种功能，而对于如图1 所示椭圆、双曲线、曲线螺纹等非圆曲线和非常规螺纹，利用宏程序可以方便、快捷地完成加工。通过宏程序变量赋值、变量运算、变量传递，极大地简化了程序，避免了一些专业CAM 软件自动生成加工程序出现可读性差、修改麻烦、占用内存的缺点。

图1 椭圆和曲线螺纹

现以FANUC 0i 系统为例，结合加工实践，探讨宏程序在双曲线车削加工中的应用。

1 双曲线的数学分析

图2 双曲线

平面内与两定点F1、F2的距离差的绝对值为常数2a 的点M 的轨迹叫做双曲线。如图2 所示，其中定点F1、F2在Y 轴上时其标准方程为

1.1 曲率对加工影响

曲线的曲率反映了曲线的弯曲程度，曲率越大，曲率半径越小，曲线弯曲严重；相反，曲率越小，曲率半径越大，曲线过渡平滑。在车削加工中，要充分考虑曲线的曲率，进行合理的刀具选择，否则将会产生过切、干涉等破坏加工表面的情况。

如图3 所示，双曲线上M 点处的曲率半径R最小，曲率最大。加工时，为了减小刀具对双曲线轮廓的影响，宜采用刀尖圆弧半径较小的尖头车刀。试验证明，选择刀片刀尖圆弧半径0.2 mm，主后角为6°～8°，可以有效避免以上情况，切削效果较好。

图3 双曲线曲率与曲率半径

1.2 双曲线函数变换

2 用户宏程序

用户宏程序可以允许使用变量、算术、逻辑运算、条件转移和循环控制，使得编制相同加工操作的程序更简洁、方便。用户宏程序功能指令可把实际值设定为变量，使宏程序更具有通用性，使用时，可用一条简单指令调出宏程序，和调用子程序一样。

2.1 变量

在使用用户宏程序时，数值可以直接指定或用变量指定，当用变量时，变量值可用程序或在MDI 操作面板上改变。变量用变量符号（#）和后面的变量号指定。根据变量号可以将变量分成空变量、局部变量、公共变量和系统变量4 种类型。其中局部变量为#1～#33。例#1=100，#2=200，G00 X#1 Z#2。

2.2 转移和循环

在宏程序中有3 种转移和循环操作可供使用：

1）GOTO 语句（无条件转移。格式：GOTO n，n 为顺序号（1-9999）。

2）IF［＜条件表达式＞］GOTO n。

3）在WHILE 后指定一个条件表达式，当指定条件满足时，执行从DO 到END 之间的程序，否则转到END 后的程序段。

注意：DO 后的号和END 后的号是指定程序执行范围的标号，标号值为1、2、3。若用1、2、3 以外的值将会产生P/S 报警NO126。

图3

2.3 宏程序调用

宏程序调用可用G65（非模态调用）和G66、G67（模态调用）两种方式，调用时，自变量可赋值到宏程序中。例如：G65 Pp Ll；p 为要调用的程序，l 为重复次数，默认值为1。文中采用G65 调用。

3 实例分析

如图4 所示，该零件尺寸精度要求较高，总体结构包括圆弧面、双曲线、圆柱面等。其中双曲线方程为x2/a2-z2/b2=1，实半轴为a，虚半轴为b。

3.1 双曲线编程

在如图4 所示含有双曲线零件的车削加工过程中，通常以Z 为自变量，X 作为Z 的函数，根据上述的函数变换，X=2a*SQRT［1+Z*Z/b*b］，Z 的变化区间选择［d，-d］，然后采用G01 直线拟合插补法，即Z 方向步距均匀叠加（通常步距选择0.02～0.05 mm），系统自动计算出X 值。由于图中零件的工件坐标系原点和双曲线的对称中心不重合，首先要将工件坐标系的原点偏置到双曲线的对称中心上，即G52 X0 Z（16+d）。为了保证编制宏程序的通用性，程序中双曲线的起始点及虚、实半轴全部采用变量方式，加工中用户只要根据需要进行赋值即可。

图4 零件图

3.2 宏程序流程框图

根据上述的编程思想，采用WHILE 循环语句，程序框图如图5。

图5 双曲线宏程序流程框图

3.3 编制加工程序

程序中变量含义：a为双曲线实半轴；b 为双曲线虚半轴；d 为双曲线轮廓有效长度。

主程序：

O0001；主程序名

N10 T0101；调用外形粗加工刀具

N20 G97G99S1000M03；定义主轴转速

…

N50 T0202；调用车削双曲线的尖头车刀

N60 G97G99S1500M03；切换主轴转速

N70 G65 P1000；调用子程序双曲线宏程序

…

其专职安全人员要做好基坑巡视检查工作，巡视他不仅可以及时发现险情，而且能系统地记录、描述基坑施工和周边环境的变化过程，及时发现被披露的不利地质状况，其专职安全人员要做好以下几点内容：

N90 G00X150

Z200；刀具退到安全位置

N100 M05；主轴停止

N110 M30；程序结束

用户宏程序：

O1000；子程序名

N20#1=d；定义Z 向起点坐标

N30 WHILE［#1LE-d］DO1；条件语句

N40#2=a*SQRT［1+#1*#1/b*b］；X 向坐标值计算

N50 G01X［2*#2］Z［#1］；G01 直线拟合插补

N60#1=#1-0.05；Z 向坐标偏移值计算

N70 END1；循环结束

N80 G52X0Z0；取消局部坐标系

N90 M99；返回主程序。

4 结 语

从以上应用中可以看出，宏程序是数控机床手工编程方法的一种高级程序语言，大部分零件尺寸是通过变量传递的，极大地简化了数控程序，易实现系列化生产。宏程序在双曲线中的应用方法同样适合在其它曲线中应用推广。

［1］ 黄冬英.宏程序在刻线加工中的应用［J］.制造技术与机床，2011（2）：160-162.

［2］ 成岗.运用宏程序铣削孔与螺纹［J］.煤矿机械，2010（12）：118-120.

［3］ 单春阳.数控宏程序编程应用浅析［J］.科技信息，2007（32）：427-428.

［4］ 黎向荣.宏程序在数控加工中的应用［J］.工业技术，2009（3）：100-103.