模塊七 非圓曲線加工

課題一橢圓手柄加工

本課題要求編程并加工如圖7.1所示零件。工藝條件：工件材質為45鋼，毛坯為直徑Φ30mm，長100mm的棒料。

a)零件圖b)實體圖圖7.1橢圓手柄一、基礎知識1.宏程序的概念用戶宏程序是FANUC數(shù)控系統(tǒng)及類似產品中的特殊編程功能。用戶宏程序的實質與子程序相似，它也是把一組實現(xiàn)某種功能的指令，以子程序的形式預先存儲在系統(tǒng)存儲器中，通過宏程序調用指令執(zhí)行這一功能。在主程序中，只要編入相應的調用指令就能實現(xiàn)這些功能。一組以子程序的形式存儲并帶有變量的程序稱為用戶宏程序，簡稱宏程序；調用宏程序的指令稱為“用戶宏程序指令”或宏程序調用指令（簡稱宏指令）。例如，在下述程序流程中，可以這樣使用用戶宏程序：

主程序用戶宏程序

……O9011G65P9011A10I5；…………X#1Y#4；在這個程序的主程序中，用G65P9011調用用戶宏程序O9011，并且對用戶宏程序中的變量賦值：#1=10、#4=5（A代表#1、I代表#4）。而在用戶宏程序中未知量用變量#1及#4來代表。用戶宏程序的最大特征有以下幾個方面：可以在用戶宏程序中使用變量；可以進行變量之間的運算；可以用用戶宏程序指令對變量進行賦值。使用用戶宏程序時的主要方便之處，在于可以用變量代替具體數(shù)值，因而在加工同一類的工件時，只需將實際的值賦與變量既可，而不需要對每一個零件都編一個程序。2.宏程序的種類FANUC系統(tǒng)提供兩種用戶宏程序，即A類宏程序和B類宏程序。A類宏程序可以說是FANUC系統(tǒng)的標準配置功能，任何配置的FANUC系統(tǒng)都具備此功能，B類宏程序雖然不算是FANUC系統(tǒng)的標準配置功能，但是絕大部分的FANUC系統(tǒng)也都支持B類宏程序。由于A類宏程序需要使用“G65Hm”格式的宏指令來表達各種數(shù)學運算和邏輯關系，不太直觀，可讀性較差，因而在實際工作中用得較少。FANUC0TD系統(tǒng)采用A類宏程序，F(xiàn)ANUC0i系統(tǒng)采用B類宏程序。B類宏程序在生產實際中用得較廣泛，本模塊將介紹B類宏程序的使用。

3.變量及變量的使用方法如前所述，變量是指可以在宏程序的地址上代替具體數(shù)值，在調用宏程序時再用引數(shù)進行賦值的符號：#i（i=1，2，3，…）。使用變量可以使宏程序具有通用性。宏程序中可以使用多個變量，以變量號碼進行識別。

（1）變量的形式變量是用符號#后面加上變量號碼所構成的，即：

#i（i=1，2，3，…）例如：#5#109#1005B類宏程序也可用“#[表達式]”的形式來表示，如：#[#100]、#[#1001-1]、#[#6/2]。（2）變量的引用在地址符后的數(shù)值可以用變量置換。如：若寫成F#33，則當#33=1.5時，與F1.5相同。

Z-#18，當#18=20.0時，與Z-20.0指令相同。但需要注意，作為地址符的O、N、／等，不能引用變量。例如：O#27、N#1等，都是錯誤的。（3）未定義變量當變量值未定義時，這樣的變量成為“空變量”。變量#0總是空變量。（4）定義變量當在程序中定義變量值時，整數(shù)值的小數(shù)點可以省略，例如：當定義#10=120時，變量#10的實際值是120.000。4.變量的種類變量從功能上主要可歸納為兩種，即：系統(tǒng)變量（系統(tǒng)占用部分），用于系統(tǒng)內部運算時各種數(shù)據(jù)的存儲。用戶變量，包括局部變量和公共變量，用戶可以單獨使用，系統(tǒng)把用戶變量作為處理資料的一部分。

局部變量（#1～#33）是在宏程序中局部使用的變量。當宏程序1調用宏程序2而且都有變量#l時，由于變量#1服務于不同的局部，所以1中的#1與2中的#1不是同一個變量，因此可以賦于不同的值，且互不影響。公共變量（#100～#199、#500～#999）貫穿于整個程序過程。同樣，當宏程序1調用宏程序2而且都有變量#100時，由于#100是全局變量，所以1中的#100與2中的#100是同一個變量。5.變量的賦值賦值是指將一個數(shù)據(jù)賦予一個變量。例如：#1=0，則表示#1的值是0。其中#1代表變量，“#”是變量符號（注意：根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，它的表示方法可能有差別），0就是給變量#1賦的值。這里的“=”是賦值符號，起語句定義作用。

賦值的規(guī)律有：（1）賦值號“=”兩邊內容不能隨意互換，左邊只能是變量，右邊可以是表達式、數(shù)值或變量。（2）一個賦值語句只能給一個變量賦值。（3）可以多次給一個變量賦值，新變量值將取代原變量值（即最后賦的值生效）。（4）賦值語句具有運算功能，它的一般形式為：變量=表達式。在賦值運算中，表達式可以是變量自身與其他數(shù)據(jù)的運算結果，如：#1=#1+1，則表示#1的值為#1+1，這一點與數(shù)學運算是有所不同的。（5）賦值表達式的運算順序與數(shù)學運算順序相同。（6）輔助功能（M代碼）的變量有最大值限制，例如，將M30賦值為300顯然是不合理的。6.運算指令宏程序具有賦值、算術運算、邏輯運算、函數(shù)運算等功能。變量之間進行運算的通常表達形式是：#i＝（表達式）。（1）變量的定義和替換

#i＝#j

（2）加減運算

#i＝#j+#k加

#i＝#j-#k減（3）乘除運算

#i＝#j*#k乘

#i＝#j／#k除

（4）邏輯運算

#i＝#jOR#k或

#i＝#iXOR#k異或

#i＝#jAND#k與（5）函數(shù)運算

#i＝SIN[#j]正弦函數(shù)

#i＝ASIN[#j]反正弦函數(shù)

#i＝COS[#j]余弦函數(shù)

#i＝ACOS[#j]反余弦函數(shù)

#i＝TAN[#j]正切函數(shù)

#i＝ATAN[#j]反正切函數(shù)

#i＝SQRT[#j]平方根

#i＝ABS[#j]取絕對值

#i＝ROUND[#j]四舍五入整數(shù)化

#i＝FIX[#j]小數(shù)點以后舍去

#i＝FUP[#j]小數(shù)點以后進位

#i＝LN[#j]自然對數(shù)

#i＝EXP[#j]ex

（6）運算的組合以上算術運算和函數(shù)運算可以結合在一起使用，運算的先后順序是：函數(shù)運算、乘除運算、加減運算。

（7）括號的應用表達式中括號的運算將優(yōu)先進行。連同函數(shù)中使用的括號在內，括號在表達式中最多可用5層。7.控制指令通過控制指令可以控制用戶宏程序主體的程序流程，常用的控制指令有以下三種：轉移和循環(huán)：

IF語句：條件轉移；格式為：IF…GOTO…或IF…THEN…GOTO語句：無條件轉移

WHILE語句：當…時，執(zhí)行循環(huán)（1）條件轉移（IF語句）

IF之后指定條件表達式。①IF[<條件表達式>]GOTOn

表示如果指定的條件表達式滿足時，則轉移（跳轉）到標有順序號n（即俗稱的行號）的程序段。

如果不滿足指定的條件表達式，則順序執(zhí)行下個程序段。如圖7.2所示，其含義為：如果變量#1的值大于100，則轉移（跳轉）到順序號為N99的程序段。

圖7.2條件轉移語句舉例②IF[<條件表達式>]THEN

如果指定的條件表達式滿足時，則執(zhí)行預先指定的宏程序語句，而且只執(zhí)行一個宏程序語句。

IF[#1EQ#2]THEN#3=10；如果#1和#2的值相同，10賦值給#3。（2）無條件轉移（GOTO語句）轉移（跳轉）到標有順序號n（即俗稱的行號）的程序段。當指定1～99999以外的順序號時，會觸發(fā)P／S報警No.128。其格式為：

GOTOn；n為順序號（1~99999）例如：GOTO99，即轉移至第99行。（3）循環(huán)（WHILE語句）在WHILE后指定一個條件表達式。當指定條件滿足時，則執(zhí)行從DO到END之間的程序。否則，轉到END后的程序段。DO后面的號是指定程序執(zhí)行范圍的標號，標號值為1、2、3。如果使用了1、2、3以外的值，會觸發(fā)P/S報警No.126。WHILE語句的使用方法如圖7.3所示。

圖7.3WHILE語句的用法①嵌套。在DO~END循環(huán)中的標號（1～3）可根據(jù)需要多次使用。但是需要注意的是，無論怎樣多次使用，標號永遠限制在1、2、3；此外，當程序有交叉重復循環(huán)（DO范圍的重疊）時，會觸發(fā)P／S報警No.124。以下為關于嵌套的詳細說明。

a.標號（1~3）可以根據(jù)需要多次使用，如圖7.4所示。

圖7.4標號（1~3）可以多次使用b.DO的范圍不能交叉，如圖7.5所示。

圖7.5DO的范圍不能交叉c.DO循環(huán)可以3重嵌套，如圖7.6所示。

圖7.6循環(huán)可以3重嵌套d.（條件）轉移可以跳出循環(huán)的外邊，如圖7.7所示。

圖7.7條件轉移可以跳出循環(huán)e.（條件）轉移不能進入循環(huán)區(qū)內，注意與上述d對照。如圖7.8所示。

圖7.8條件轉移不能進入循環(huán)區(qū)內②關于循環(huán)（WHILE語句）的其他說明。a.DOm和ENDm必須成對使用：DOm和ENDm必須成對使用，而且DOm一定要在ENDm指令之前。用識別號m來識別。b.無限循環(huán)：當指定DO而沒有指定WHILE語句時，將產生從DO到END之間的無限循環(huán)。c.未定義的變量：在使用EQ或NE的條件表達式中，值為空和值為零將會有不同的效果。而在其他形式的條件表達式中，空即被當作零。d.條件轉移（IF語句）和循環(huán)（WHILE語句）的關系：顯而易見，從邏輯關系上說，兩者不過是從正反兩個方面描述同一件事情；從實現(xiàn)的功能上說，兩者具有相當程度的相互替代性；從具體的用法和使用的限制上說，條件轉移（IF語句）受到系統(tǒng)的限制相對更少，使用更靈活。8.宏程序的格式及程序號(1)宏程序的使用格式宏程序的編寫格式與子程序相同。其格式為：

O

；宏程序號，O后面為4位數(shù)，范圍為0001～8999N10…；指令

……N

M99；上述宏程序內容中，除通常使用的編程指令外，還可使用變量、算術運算指令及其他控制指令。變量值在宏程序調用指令中賦值。(2)選擇程序號9.調用指令宏程序調用和一般子程序調用之間有差別。首先，宏程序的調用可以在調用語句中傳遞數(shù)據(jù)到宏程序內部，而子程序的調用（M98）則沒有這功能。其次，M98程序段可以與另一數(shù)據(jù)指令共處同一條指令，如G01X100.0M98P1000，在執(zhí)行時，先執(zhí)行G01X100.0，然后再運行子程序O1000，而宏程序調用語句是獨立自成一行。宏程序的調用方法有單純調用（G65）、模態(tài)調用（G66，G67）、用G代碼或M代碼等。(1)單純調用（G65）用指令G65可調用地址P指令的宏程序，并將賦值的數(shù)據(jù)送到用戶宏程序中，G65是非模態(tài)調用，即只在G65程序段調用宏程序。格式：G65P

L

；引數(shù)賦值說明：G65——宏調用代碼；

P

——P之后為宏程序主體的程序號碼；

L

——循環(huán)次數(shù)（省略時為1）；（引數(shù)賦值）——由地址符及數(shù)值（有小數(shù)點）構成，給宏主體中所對應的變量賦予實際數(shù)值；引數(shù)賦值有以下兩種形式：①引數(shù)賦值Ⅰ。除去G、L、N、O、P地址符以外都可作為引數(shù)賦值的地址符，大部分無順序要求，但對I、J、K則必須按字母順序排列，對沒使用的地址可省略。例：B

A

D

…I

K

…；正確；

B

A

D

…J

I

…；不正確；②引數(shù)賦值II。A、B、C只能用一次，I、J、K作為一組引數(shù)最多可指定10組。當給三維坐標賦值時使用此種參數(shù)。(2)模態(tài)調用（G66）格式：G66P

L

；引數(shù)賦值

G67；取消用戶宏程序；當指令了模態(tài)調用G66后，在用G67取消之前，每執(zhí)行一段軸移動指令的程序段，就調用一次宏程序。G66程序段或只有輔助功能的程序段不能模態(tài)調用宏程序。例：O0001；O9100；

……N30G66P9100L2A1.0B2.0；N40G00Z#1；

N40G00G90X100.0；N50G01Z-#2F0.3；

N50Z120．；…N60X150．；N100M99；

N70G67；

…N90M30；

當主程序執(zhí)行完N40后調用宏程序O9100兩次，執(zhí)行完N50后調用O9100兩次，執(zhí)行完N60后調用O9100兩次，直到G67停止調用。(3)G代碼宏調用方法宏主體除了用G65、G66方法調用外，還可以用G代碼調用。將調用宏程序用的G代碼號設定在參數(shù)上，然后就可以與單純調用G65一樣調用宏程序。格式：G××<引數(shù)賦值>；③將調用指令的形式換為G（參數(shù)設定值）<引數(shù)賦值>。如將宏主體O9010用G81調用，其做法如下：

a.將所使用宏程序號設為O9010。

b.將與O9010對應的參數(shù)號碼（第6050號）上的值設定為81。

c.用G81調用宏程序O9010

10.加工橢圓的思路圖7.1所示零件的右端由橢圓構成，用G01、G02、G03等直線、圓弧插補常規(guī)方法較難處理這部分，擬合的節(jié)點計算也相當繁瑣復雜，而且表面質量和尺寸要求都很難保證。最好的方法是用宏程序加工橢圓。宏程序編程首先得理解曲線方程，明確加工思路。用直線段逼近，按Z方向進行變化，ΔZ越小，越接近輪廓，求出每一個點（X、Z）值,如圖7.9所示。

圖7.9步長為Δi時刀具的X、Z的值示意圖

二、課題實施

1.

工藝分析與工藝設計（1）圖樣分析如圖7.1所示，零件由圓柱面、橢圓面構成。零件材料為45號鋼棒。（2）加工工藝路線設計（3）刀具選擇

2.程序編制（1）數(shù)值計算①設定程序原點，以工件右端面與軸線的交點為程序原點建立工件坐標系。②計算各節(jié)點位置坐標值。A點（X14，Z-37.321），其余略。

（2）編制程序3.裝夾刀具注意事項同前。4.裝夾工件用自定心三爪卡盤裝夾工件，注意工件要和車床主軸同心。5.輸入程序6.對刀使用試切法對刀，在機床刀具表中設定長度補償。7.啟動自動運行，加工零件8.測量零件，修正零件尺寸阿

課題二偏心軸加工

本課題要求編程并加工如圖7.10所示偏心軸，該零件，毛坯為Ф45mm×82mm，材料為45鋼。a)零件圖b)實體圖圖7.10偏心軸一、基礎知識1.偏心軸套的概念在機械傳動中，常采用曲柄滑塊(連桿)機構來實現(xiàn)回轉運動轉變?yōu)橹本€運動或直線運動轉變?yōu)榛剞D運動，在實際生產中常見的偏心軸、曲柄等就是其具體應用的實例。外圓和外圓的軸線或內孔與外圓的軸線平行但不重合(彼此偏離一定距離)的工件，叫偏心工件。外圓與外圓偏心的工件叫偏心軸，如圖7.11(a)所示；內孔與外圓偏心的工件叫偏心套，如圖7.11(b)所示。平行軸線間的距離叫偏心距。（a)偏心軸（b)偏心套圖7.11偏心工件

2.用三爪自定心卡盤安裝、車削偏心工件偏心工件可以用三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤和兩頂尖等夾具安裝車削。本例工件的偏心選用在三爪自定心卡盤上進行車削。其加工方法如圖7.12所示，在三爪中的任意一個卡爪與工件接觸面之間，墊上一塊預先選好的墊片，使工件軸線相對車床主軸軸線產生位移，并使位移距離等于工件的偏心距，墊片厚度可按下列公式計算：

x＝1.5e±K

K≈1.5△e

式中x——墊片厚度，mm；e——偏心距，mm；K——偏心距修正值，正負值可按實測結果確定，mm；△e——試切后；實測偏心距誤差，mm。本例工件的偏心距e＝2.0mm，先暫不考慮修正值，初步計算墊片厚度：

x＝1.5e＝1.5×2＝3mm。試切后根據(jù)實測的偏心距再計算偏心距修正值。

圖7.12在三爪自定心卡盤上車偏心工件3.巧用切槽刀加工外輪廓加工本例工件1偏心輪廓時，如果采用外圓車刀進行對接加工時，則根本無法保證兩側的偏心位于同一矢量角位置。因此，本例工件需在一次裝夾過程中完成外凸偏心輪廓的加工，加工過程如圖7.13所示，右端偏心輪廓使用切槽刀的右刀尖進行加工，而左端偏心輪廓則使用切槽刀的左刀尖進行加工。對于偏心輪廓的加工余量，在FANUC0i系統(tǒng)中可采用G72指令編程去除，去余量過程中的曲線用近似圓弧代替，圓弧半徑分別為R2.83和R12.75，兩圓弧切點相對于橢圓中心的坐標為(2.50，6.00)。

圖7.13偏心輪廓加工思路二、課題實施1.

工藝分析與工藝設計（1）圖樣分析如圖7.10所示，零件由圓柱面、橢圓面和槽構成，該零件為偏心軸。尺寸精度和表面粗糙度要求較高。（2）加工工藝路線設計①粗加工外輪廓；②精加工外輪廓；③切槽；④車螺紋；（2）刀具選擇T01外圓車刀；T02外切槽車刀(刀寬3mm)；T03外螺紋車刀。2.程序編制下面只編寫橢圓部分的程序，其它部分程序請讀者自行編寫。O0071；G99G21G40；程序開始部分T0202；M03S600；G00X100.0Z100.0M08；刀具定位時注意偏心X48.0Z-8.0；G72W1.5R0.5；左刀尖加工右側余量G72P100Q200U0.1W0.5F0.1；N100G00Z-27.5S1200F0.05；精加工輪廓描述，程序段中的F和S為精加工時的F和S值G01X42.0；

G02X39.0Z-21.5R12.75；

G02X34.0Z-20.0R2.83；G01Z-16.0；X32.0Z-15.0；X30.0；X29.0Z-10.0；N200Z-8.0；G00Z-45.0；切槽刀的刀寬為3mmG72W1.5R0.5；右刀尖加工左側余量G72P300Q400U0.1W0.5F0.1；N300G00Z-30.5S1200F0.05；精加工輪廓描述刀具右刀尖加工，每一個Z坐標均減3.0G01X42.0；G02X39.0Z-36.5R12.75；G02X34.0Z-38.0R2.83；

G01Z-42.0；X32.0Z-43.0；N400Z-45.0；G00Z-27.5；換左刀尖精加工

#100＝90.0；橢圓起點處極角N450#101=4.0*SIN[#100]；公式中的X坐標值#102=7.5*COS[#100]；公式中的Z坐標值#103=#101*2+34.0；工件坐標系中的X坐標值#104=#102-27.5；工件坐標系中的Z坐標值G01X#103Z#104；加工曲面輪廓#100＝#100-1.0；角度增量為-1.0oIF[#100GE0]GOTO450；條件判斷G01Z-16.0；精加工右側外圓輪廓X32.0Z-15.0；X30.0；X29.0Z-10.0；G00X48.0；退刀換左刀尖加工Z-30.5；#100＝90.0；橢圓起點處極角N550#101＝4.0*SIN[#100]；公式中的X坐標值

#102＝7.5*COS[#100]；公式中的Z坐標值

#103＝#101*2+34.0；工件坐標系中的X坐標值

#104＝#102-30.5；工件坐標系中的Z坐標值

G01X#103Z#104；加工曲面輪廓

#100＝#100+1.0；角度增量為1.0oIF[#100GE180.0]GOTO550；條件判斷G01Z-42.0；X32.0Z-43.0；精加工左側外圓輪廓G00X48.0；程序結束部分X100.0Z100.0；M05M09；M30；3.裝夾刀具4.裝夾工件用自定心三爪卡盤裝夾工件，安裝方法如圖7.12所示。5.輸入程序6.對刀使用試切法對刀，在機床刀具表中設定長度補償。7.啟動自動運行，加工零件8.測量零件，修正零件尺寸

課題三拋物線零件加工

本課題要求編程并加工如圖7.14所示拋物線零件，毛坯為φ85棒料，材料為45鋼。

a)零件圖b)實體圖圖7.14拋物線零件一、基礎知識1.拋物線的定義拋物線如圖7.15所示，其定義為：動點P到一定點F(焦點)和一定直線l(準線)的距離相等時，動點P的軌跡。圖7.15中，|PF|=|PQ|。

圖7.15拋物線

2.拋物線的特征

3.拋物線的方程（1）直角坐標方程y2=2px(p>0)（2）極坐標方程（3）參數(shù)方程二、課題實施1.

工藝分析與工藝設計（1）圖樣分析如圖7.14所示，零件由拋物線構成。（2）加工工藝路線設計①粗加工外輪廓；②精加工外輪廓；③切斷；（2）刀具選擇T01外圓車刀。2.程序編制下面只編寫零件的精加工程序，其它部分程序請讀者自行編寫。主程序O0080；程序號

N10G50X200.0Z400.0；設定工件坐標系

N20M03S700；主軸正轉啟動，轉速為700r／minN30T0101；選擇1號刀具，1號刀補

N40G42G00X0Z3.0；建立刀尖圓弧半徑補償N50G01Z0F0.05；N60G65P9010A0.01B2.0C20.0D-80.0E0F0.03；

N70G01Z-110.0F0.05；取消刀補，主軸停

N80G40G00X200.0Z400.0T0100M05；程序結束

N90M02；子程序O9010；子程序號N10#6=#8；賦初始值

N20#10=#6+#1；加工步距(直徑編程)N30#11=#10/#2；求半徑(方程中的X)N40#15=#11*#11；求半徑的平方(方程中的X)N50#20=#15/#3；求X/20N60#25=-#20；求-X/20N70#12=#11*#2；求2X(直徑)N80G99G01X#12Z#25F#9；走直線進行加工

N90#6=#10；變換動點