模具之家讯：在数控 车床 中，加工对象主要为各种类型的回转面，其中对于圆柱面、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、抛物线等一些非圆曲线构成的回转体，加工起来具有一定的难度。数控系统本身提供的直线插补和圆弧插补不能
在数控车床中，加工对象主要为各种类型的回转面，其中对于圆柱面、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、抛物线等一些非圆曲线构成的回转体，加工起来具有一定的难度。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，因此，在数控机床上对椭圆、抛物线的加工大多采用小段直线或者小段圆弧逼近的方法来编制加工程序。
在本文中选用华中世纪星HNC-21T数控车削系统，结合生产实习和技能大赛训练对车削抛物线轮廓的宏程序的编制方法进行探讨，希望各位读者能多提宝贵意见。
一、华中宏程序的介绍
使用变量编制可进行算术或逻辑运算，并能控制程序段流向的程序，称为用户宏程序。在数控车削中，使用用户宏程序可方便地实现二次曲线(椭圆、抛物线等)的二维编程加工、孔口倒角编程加工等，可简化程序，提高编程效率，最大限度地发挥手工编程的优势。华中世纪星HNC-21T数控车削系统为用户配备了强有力的类似于高级语言的宏程序功能，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，利于编制各种复杂的零件加工程序，减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，以及精简程序量。常用的语句有以下两种。
(1)条件判别语句IF，ELSE。①：IF条件表达式…ELSE…END IF;②：IF 条件表达式…ENDIF。
(2)循环语句WHILE：WHILE条件表达式…ENDW。本文实例采用WHILE语句编程。
二、公式曲线宏程序编制的基本步骤
宏程序在实际编制过程中，根据编程者的实践经验、知识储备及习惯等因素会略有不同，本文提供的宏程序编制基本步骤供读者参考学习。
(1)根据给定的标准方程选定自变量并确定变量范围。
图1 Z向偏移凸抛物线零件图
1)公式曲线中的X和Z坐标均可以选定为自变量，一般我们选择变化范围较大的一个。
2)根据表达式方便情况来选定X 或Z 为自变量。如图1所示，公式曲线表达式为Z=-X2/12，将X选为自变量比较合适。如选Z 还需要表达式变换，二次开方表达不太方便。
3)自变量选定以后，我们还要确定其变量的范围值。图1自变量为X，半径变化值从6到12，其他实例变量值的选取再做具体分析。
(2)根据给定的标准方程确定因变量相对于自变量的表达式。
图1中，抛物线在工件坐标系中的标准方程表达式为：Z=-X2/12，自变量为X，因变量为Z，则Z的表达式为：Z=-X2/12，正负号的选取与抛物线凸凹有关。
(3)根据给定的标准方程确定相对于工件坐标系的偏移量。
在实际加工过程中，我们遇到的公式曲线位置存在多种形式，如公式曲线的中心点与工件坐标系原点重合、公式曲线的中心点与Z 轴或X 轴重合、公式曲线的中心点在工件坐标系中的任意位置以及公式曲线的凸凹形状等，这就要求我们在编辑程序的时候考虑曲线中心点与工件坐标系的相对位置关系。
在图1中，抛物线Z向中心点相对于工件坐标系零点偏移量为正向3，在程序段“G01 X[2*#1] Z[3+#2]”体现出Z 向的偏移量。对于其他中心点位置曲线参看实例分析。
(4)编制程序。相关的表达式和变量因素值已经确定，我们准备编制程序。车床回转体类零件加工存在大的毛坯余量，我们采用G71循环指令与宏程序嵌套完成曲面加工。
三、公式曲线宏程序编程的具体应用实例解析
1.Z 向偏移凸抛物线零件加工
%0001
N10 G90 G94
N20 T0101 M03 S800
N30 G00 X80 Z80
N40 X31 Z3
N50 G71 U1.5 R1 P90 Q200 X0.5
Z0.1 F200
N60 G00 X80 Z80
N70 M03 S1500 F100
N80 G42 G00 X31 Z3
N90 G01 X12
N100 Z0
N110 #1=6;X向起始点半径值 N120 #2=-3;Z向起始点(相对于抛物线顶点)
N130 WHILE #1 LE 12;判断是否走到X向终点(相对于抛物线中心的数值) N140 G01 X[2*#1] Z[3+#2];直线 插补，逼近抛物线轮廓(此处要考虑中心点的偏移量)
N150 #2=-[#1*#1]/12;因变量Z向值 N160 #1=#1+0.1;步距0.1，即Z值 递减量为0.1，此值过大影响形状精度， 过小加重系统运算负担，应在满足形状精度的前提下尽可能取大值 N170 ENDW
N180 G01 Z-40
N190 G01 X30
N200 Z-50
N210 G40 G00 X80 Z80
N220 M05
N230 M30
采用VNUC数控仿真软件模拟加工， 结果如图2所示。
图2 零件仿真加工结果
上述实例我们在前面已做简要分析，下面扩展实例可供大家交流学习。
2.X 、Z 向均有偏移凹抛物线零件加工
如图3所示，该零件在编程时，我们可以套用实例1的编程格式，两者区别在于抛物线形状的凸凹、中心点的偏移位置及变量起止点的计算。
图3 X 、Z 向均有偏移凹抛物线零件图
……
#1=12.5;X向起始点半径值(根据抛物线中心点及开口方向计算得到)
#2=15.626;Z向起始点(相对于抛物线顶点)
WHILE#1GE4 ;判断是否走到X
向终点(相对于抛物线中心的数值)
G01X[40-2*[#1]] Z[#2-25.626] ; 直线插补，逼近抛物线轮廓(此处要考虑中心点的偏移量，凹抛物线取负值)
#2=[#1*#1]/10;因变量Z向值
#1=#1-0.1;步距0.1，即Z 值递减量为0.1，此值过大影响形状精度，过小加重系统运算负担，应在满足形状精度的前提下尽可能取大值ENDW
……
四、结束语
利用数控车床加工抛物线曲线时，应注意以下几点：
(1)车削后工件的精度与编程时所选择的步距有关。步距值越小，加工精度越高;但是减小步距会造成数控系统工作量加大，运算繁忙，影响进给速度的提高，从而降低加工效率。因此，必须根据加工要求合理选择步距，一般在满足加工要求前提下，尽可能选取较大的步距。
(2)对于抛物线中心与Z 轴不重合的零件，需要将工件坐标系进行偏置后，然后按文中实例所述的方法进行加工。
(3)编程时要考虑曲线的凸凹情况，两者区别在于直线插补逼近曲线程序段中的X 坐标变化。
(4)抛物线内轮廓车削编程与外轮廓相似，主要考虑中心点位置、凹凸情况及起止点位置，读者可根据上述实例自行套用编制。
本文选取的实例都已在配置华中世纪星HNC-21T系统的数控车床上实际运行加工通过(其中刀尖圆弧半径为0.4mm)，对于编程中F、S和ap等参数可根据加工实际环境进行设定，给定值可供参考。上述程序可作为公式曲线宏程序编程模板使用，只需要更改个别参数值即可
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