华中数控车宏程序加工实例分析

李元博

摘 要：数控加工中常有含有非圆曲线（如椭圆曲线、抛物线、双曲线和渐开线等）零件，其加工效率和质量往往成为生产制造的关键。文章利用华中世纪星HNC-21T数控车削系统，用实例加工的方法对车削椭圆轮廓的宏程序编程思路进行探讨，详细讲解加工方法和程序含义，并用斯沃数控仿真软件对程序进行加工仿真模拟，让学习者能够真正理解宏程序加工的精髓，做到学练结合举一反三。

关键词：椭圆加工；宏程序；数控仿真

中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0109-02

Abstract： Non-circular curve（such as ellipse curve， parabola， hyperbolic and involute） is often included in CNC machining， and its machining efficiency and quality are often the key to manufacturing. Using Huazhong Century Star HNC-21T CNC turning system， this paper discusses the idea of macro program programming for turning ellipse outline， and explains the machining method and program meaning in detail. Using SW CNC simulation software to simulate the process of the program， so that learners can truly understand the essence of macro program processing， so that the combination of learning and training can draw inferences from one another.

Keywords： elliptical machining； macro program； numerical control simulation

數控车床对于圆柱面、锥面、圆弧面和球面等的加工，可以利用直线插补和圆弧插补指令完成，而对于椭圆、抛物线、双曲线和渐开线等一些非圆曲线构成的回转体曲面，手工编程具有一定的难度。数控系统本身提供的直线插补和圆弧插补不能直接用于非圆曲线回转面的加工，虽然可以凭借CAD/CAM软件自动编程，但是程序条数太多也导致了加工中的不方便，而使用宏程序能极大地简化编程，精简程序，同时宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工，灵活运用宏程序，不仅可以方便简捷地进行二次曲线编程，提高加工效率，所以宏程序在数控大赛中也屡见不鲜。

1 华中宏程序知识

华中世纪星HNC-21T宏程序功能是一种具有计算能力和决策能力的数控程序。宏程序具有如下些特点：

（1）使用了变量或表达式同时具有计算能力，例如：G01 Y[50*SIN[3]]。（2）使用了程序流程控制，华中数控系统有两种流程控制命令：a.IF-ENDIF，条件成立执行IF与ENDIF之间的程序，不成立就跳过。其中IF、ENDIF称为关键词，不区分大小写。IF为开始标识，ENDIF为结束标识。b.WHILE-ENDW，条件成立执行WHILE与ENDW之间的程序，然后返回到WHILE再次判断条件，直到条件不成立才跳到ENDW后面。

2 宏程序编制实例

编制图1所示零件的加工程序，材料为45钢，棒料直径为105mm，棒料长度为180mm。

2.1 椭圆的标准方程

其中a为椭圆的长半轴，b为椭圆的短半轴。本例中凸椭圆方程为

2.2 椭圆宏程序编程步骤

（1）建立工件坐标系；（2）给自变量赋初始值；（3）循环条件；（4）因变量表达式赋值；（5）椭圆插补；（6）步距变化；（7）结束。

2.3 零件图纸分析

（1）图纸中的椭圆有凹椭圆，又有凸椭圆，宏程序有区别。（2）图纸中椭圆中心的坐标跟工件原点不重合，可以称为偏心椭圆。（3）椭圆标准方程是以椭圆中心为坐标系原点建立的，我们计算椭圆上的所有坐标都是依据椭圆中心为坐标系原点来计算的，而我们编程的时候所有的坐标是相对工件原点来计算的，这一点编程时是特别要注意的。（4）自变量赋初始值，由于只有X和Z两个方向的变量，所以我们只要对其中的一个坐标进行赋值就可以，然后确定加工的区间，计算另外一个变量。（5）椭圆精加工宏程序的编写。（按照椭圆宏程序编程步骤）（6）由于我们写的宏程序只是椭圆精加工，所以还要考虑粗加工，而华中数控车21世纪星系统的数控车床G71指令可以嵌套宏程序，所以我们可以用这个指令来进行凸椭圆和外轮廓粗加工。因G71只能用于递增或递减轮廓，我们可以利用G73来完成凹椭圆的粗精加工。

2.4 加工程序编制

工件原点建立在右端面，如图2。

（1）加工右端凸椭圆及右端外轮廓粗精加工如图3左边，凸椭圆方程为 + =1。

O1234

%001

T0101M03S500（调1号外圆车刀）

G00X105Z5（快速点定位到循环起点）

G71U2R1P10Q20X0.1Z0F200M03S500F200（粗车循环）

N10G00X0M03S1000（精加工第一段）

G01Z0F100（切入）

#1=30 （长半轴）

#2=18 （短半轴）

#3=0 （椭圆Z向加工起点坐标）

#4=18（椭圆Z向加工起点相对于椭圆中心的坐标）

WHILE#3LE[18]（如果#3≤18，判断椭圆孤是否走到Z向终点）

#5=#1/#2*SQRT[#2*#2-#4*#4]（以椭圆中心为原点计算X坐标）

G01X[#5*2]Z[-#3]（X为直径编程，Z坐标以工件原点坐标系）

#4=#4-0.2 （步距0.2，既Z值递增量为0.2，此值过大影响精度，过小加工速度过慢）

#3=#3+0.2（Z坐标递增）

ENDW

G01Z-98F50

X100

Z-140

N20X105

G00Z100

M05

M30

（2）加工凹椭圆粗精加工程序如图3右边，凹椭圆方程为 + =1。

O2345

%001

T0202M03S500（换2号外圆尖刀加工凹椭圆）

G00X62Z-18（快速点定位到循环起刀点）

G73U18W0R18P30Q40X0.1Z0.1F200（粗车循环）

M03S1000F100 （设置精加工参数）

N30G01X60（精加工第一段，切入）

#1=30 （长半轴）

#2=18 （短半轴）

#102=30（椭圆Z向加工起点相对于椭圆中心的坐标）

#105=18（椭圆Z向加工起点坐标）

WHILE#102GE-30 （判斷椭圆孤是否走到Z向终点坐标）

#103=-#2/#1*SQRT[#1*#1-#102*#102]+30（以椭圆中心为原点计算X坐标，凹圆弧取负）

G01X[2*#103]Z-#105（X为直径编程，Z为工件原点坐标系坐标）

#102=#102-0.1（步距0.1，既Z值递增量为0.1，此值过大影响精度，过小加工速度过慢）

#105=#105+0.1（Z坐标递增）

ENDW

N40G01x62

G00X105Z5

M05

M30

2.5 斯沃仿真模拟加工

打开斯沃仿真软件：

（1）回参考点。（2）毛坯设置。选择图标 ，点设置毛坯，把直径改为105，长度200。（3）刀具设置。选择 图标，点1号外圆刀，添加到刀盘1号刀位，确定。（4）快速对刀及参数设置。选择 图标，点击快速定位，出现如图画面：拭切对刀，然后进入刀补画面，输入刀补数据，此时对刀完成。（5）建立程序号，并输入加工程序。（6）关上舱门，自动加工。零件加工完成，加工后工件如图3。

3 结束语

通过实例可知宏程序是从工件外不断逼近直至最后加工成型，能极大地简化编程，精简程序。宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态计算能力，适合于加工非圆曲线复杂零件，如抛物线、椭圆、双曲线、三角函数曲线等，因此加工非圆曲线工件灵活使用宏程序，实现了数控加工方便快捷之目的。

参考文献：

[1]杜娟.华中数控宏程序编写方法及加工一实例[J].科技信息，2012（03）.

[2]刘衍益.数控车宏程序的研究及椭圆实例加工分析[J].科技资讯，2013（26）.

[3]杨旭.华中数控铣/加工中心宏程序编程实例[M].国防工业出版社，2013，01：50-52.