基于GSK980TD广州数控系统宏程序的研究与实现

0 引言

　　在历年的广东省数控技能竞赛中，都会遇到包含有椭圆、抛物线等非圆曲线的零件。对这类零件的手工编程，常使用宏程序功能来完成。GSK980TD 广州数控车削系统的宏程序属于A 类，直观性和可读性比B 类宏程序差，实际生产中较少使用，鲜有书籍介绍到它。但广州数控系统在华南地区占有率很高，在技能竞赛时往往会选用它进行参赛。笔者总结多次指导学生参加技能竞赛在GSK980TD宏程序上的应用心得，以期与同行交流提高。

1 GSK980TD 数控系统宏程序概述

　　宏程序实质是含有变量的子程序。在GSK980TD 数控系统中，调用宏程序的方法与调用子程序的方法相同，其格式是M98 P______ （式中P 后跟的数字为被调用宏程序的程序号）；宏程序本体的编写格式与子程序的编写格式也相同：以程序号开始，用M99 结束。在GSK980TD 数控系统的宏程序中，表达各种数学运算和逻辑关系是通过“G65 Hm”格式的宏指令来表达的，例如要表达#201、#202 和#205 三个变量的加法运算关系时，就要写成：“G65 H02 P#205 Q#201 R#202；”。

2 编制椭圆宏程序的步骤和方法

　　2.1 根据图纸尺寸，列出椭圆方程

　　在解析几何学中，表达椭圆曲线的方程有两种：标准方程x²/a² + y²/b² =1（a>b>0）和参数方程x=acosφ、y=bsinφ（a>b>0，φ为椭圆的离心角）。标准方程使用的是直角坐标系，参数方程使用的是极坐标系。从加工精度、程序的数据量和加工效率出发，在数控车床上编制椭圆宏程序时采用极坐标方程来编程，具有计算方便、无需作任何判断就可自动过象限、终点判别简单、实时性好的优点。

　　2.2 选定自变量

　　在椭圆的参数方程中，每一个具体的角度值φ都有一个对应的Y 或X 值，因此一般采用角度值φ作为自变量。

　　2.3 进行坐标轴转换，确定椭圆的宏表达式

　　由于数控车床的编程坐标系是Z、X 轴，因此要进行坐标轴转换，把椭圆的标准方程或参数方程中的X、Y 轴相应转换为数控车床编程坐标系中的Z、X 轴。又由于在数控车床编程中X 向多采用直径编程，故椭圆的宏表达式变换为：z=acosφ，x=（bsinφ）×2。

　　2.4 确定椭圆圆心相对于编程坐标系原点的偏离量

　　在实际加工中，椭圆的圆心相对于工件坐标系原点的位置有多种形式，如椭圆的圆心与工件坐标系的原点重合、椭圆的圆心在工件坐标系的任意位置上，分别如图1（a）和（b）所示。因此需考虑椭圆的圆心与工件坐标系原点的相对位置关系，从而确定椭圆圆心相对于工件原点的偏离量，以正确表达椭圆上的点在工件坐标系中的坐标值。

　　当椭圆的圆心偏离工件坐标系原点时，则椭圆的宏表达式变为：

　　2.5 确定椭圆的加工轨迹

　　2.5.1 粗车椭圆的加工路线。粗车椭圆的切削进给路线有阶梯式和仿形式两种，分别如图2（a）和图2（b）所示。阶梯式走刀法的切削效率高，适用于粗车外凸型的椭圆；仿形式走刀法适用于粗车内凹型的椭圆。

图2 粗车椭圆的加工路线 

　　2.5.2 确定精车椭圆的加工路线。由于精车零件的加工路线原则上是沿零件轮廓顺序走刀来完成，因此精车椭圆的加工路线是：以角度值φ为自变量，根据椭圆的参数方程利用角度的微小变化来拟合椭圆的最终轮廓表面。

　　2.6 确定构成循环的条件，明确加工范围

　　在宏程序的编制中，终点判别是很重要的，它控制着循环语句的执行。采用极坐标编程时，以角度值φ为自变量，构成循环的条件是椭圆的离心角φ，并需确定该值的加工范围。加工如图2 所示的椭圆，以角度值φ为自变量，采用阶梯式粗车路线的起始角度是90°，终止角度是0°，角度变化从90°变化到0°；采用仿形式粗车路线的起始角度是0°，终止角度是90°，角度变化从0°变化到90°；而精车椭圆的起始角度是0°，终止角度是90°，角度的变化从0°变化到90°。