车床适合于加工对称的回转体类工件，我们之前介绍过直线，圆弧轮廓，往复车削轮廓，多边形，钻孔，攻丝等多种几何元素以及零件结构的编程方法，还有一类几何元素在零件上也很常见，那就是圆锥曲线（椭圆，双曲线，抛物线），但在SINUMERIK系列的数控系统中没有所谓的“圆锥曲线插补”的指令，可在编程中如果需要对这类曲线进行描述该怎么办呢？其实，我们需要借助中学阶段学习的平面解析几何的知识中的“参数方程”，结合下面几个标配功能

•  R参数变量：系统中提供的一种全局变量，可以在编程时引用，作为运算变量

•  高级编程指令（IF…GOTO, SIN,COS）：包换逻辑运算，数学运算等功能                

•  ProgramGUIDE工艺循环编程法 （Cycle 952）：轮廓车削循环，可以加工下凹的轮廓

•  标记子程序（Cycle 62）

即可实现比较快捷的程序编写。我们借这下面这个图纸熟悉一下上面提到的这些操作编程功能。

示意零件图纸如下：

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根据椭圆的参数方程，其中a为椭圆的长半轴，b为椭圆的短半轴，t为角度参数如下图所示，

配合车床的坐标系(Z, X),我们也把方程调整为下面的格式。这样我们可以使用系统中提供的R 参数，

将参数方程改写为Z=a*cos(R参数)-a   X=b*sin(R参数)。

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我们以此为基础开始编写零件的加工程序，由于这个程序的逻辑层次相对较多，我们先画一个流程图，然后再编写对应的加工程序

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流程图-椭圆加工


根据流程图编写的加工程序如下：


主程序部分



N10 WORKPIECE(,,,"CYLINDER",0,0,-80,-60,30)

定义一块毛坯材料，

直径30mm，

总长80mm，

装卡长度20mm


N20 M3 S2000

N30 T13 

N40 G00 X35 Z5

主轴起转

换刀到位，选择13号30°的精车刀

将刀具快移到贴近工件的位置


N60 CYCLE62(,2,"CC","DD")

在主程序中调用零件子程序，

子程序写在CC:DD 两个标记符之间的位置


N70CYCLE952("123",,"",1101331,0.3,0.1,0,1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0,1,0,0,,,,,2,2,,,0,1,,0,10012,1100110,1,0,0.1)

 

使用轮廓切削循环Cycle 952


N80 G00 X100 Z200

退刀到安全位置


N90 M02

程序结束


子程序部分



N100 CC:

子程序的标记符-开始，记做CC:


N110 R1=20           ;R1椭圆的长半轴

N120 R2=13           ;R2椭圆的短半轴

N130 R3=0             ;R3椭圆的离心角的起点

N140 R4=118.61 ;R4椭圆的离心角的终点

定义R参数变量，分别对应椭圆中的尺寸参数


N150 AA:

 

判断语句标记符，记做AA:


N160 R5=R1*COS(R3)  R6=R2*SIN(R3);

使用椭圆的参数方程计算其对应的Z坐标和X坐标


N170 G01 X=2*R6  Z=R5-R1

对应于工件坐标系，完成坐标转换，X按照直径坐标编写程序， Z按照参数方程完成坐标转换


N180 R3=R3+0.4

控制参数方程中椭圆的离心角增加一个特定的增量，这里是0.4°


N190 IF   R3<=R4 GOTOB AA

若椭圆的离心角小于图纸上的限位值118.61°则跳回标记符AA的所在位置循环执行，直到条件满足后跳出循环，运行N200语句


N200   DD: Z-50

子程序的标记符-结束，记做DD:

要点回顾：

1.       R参数变量，总表位于“偏置（offset）”,当中我们可以看到，R参数变量的计算可以精确到小数点后的12位，因此可以保证比较高的加工光洁度，若使用CAD/CAM生产小数点后12位的程序，则程序的大小会比较大，本程序的总大小只有不到1KB, 这保证了比较高效的程序运行效率（占用系统内存较小）。

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2.       西门子的高级编程指令非常强大，这里我们使用了正弦，余弦函数指令。
同理，如果我们需要加工抛物线轮廓，双曲线，阿基米德螺旋线（铣削加工）轮廓，可使用对应的三角函数式确定对应的曲线。


3.       Cycle 952轮廓车削循环在车削加工中非常重要，对于828D控制器的SW 26x,SW 28x为标配功能，直接使用即可；对于SW 24x.则为选项，需要配置“扩展工艺循环选项”（P58）才可以使用Cycle 952, 对于没有选配该选项的用户，可以使用Cycle 95循环,但区别在于，上述程序的N180语句需要将角度增量数值改成1.3°以上，但这样做下来工件的表面质量可能不够理想，需要跳开循环，单独运行一遍精加工程序。而Cycle952循环的计算能力更强大些，在子程序中可以将角度增量值写的更精细，这样在循环中选择“粗加工+精加工”即可。我们看一下模拟图形就能比较明显的看到这个区别。

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使用cycle 952循环加工的轮廓表面（增量步距：0.4°）精加工后，模拟图形看上去很光滑

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使用cycle 95循环加工的轮廓表面（增量步距：1.4°），精加工后，模拟图形上可以看到一条条的竖线，这是增量步距过大造成的。

注：本图纸参照百度文库https://wenku.baidu.com/view/8dbb8ba3f524ccbff12184ac.html?sxts=1565679593281，程序则依照Sinutrain 中Sinumerik Operate的软件版本SW4.7SP2进行原创。