神奇的G641连续路径模式

——再谈椭圆加工

前段时间应网友的提问编写的一个关于加工椭圆的程序。当再次查看当时写的程序时，发现该程序还有很多需要改进和提高的地方。本文将介绍，通过IF条件区分出空行程和增加G641连续路径模式对前面编写的程序进行改进和提高。

为了方便问题的讲解，我们先来看看上次编写的程序。

N100 DEF INT _I, _J ; 定义循环控制变量

N110 DEF REAL _A, _B ; 定义椭圆长轴和短轴变量

N120 G90G54G94 ; 初始化程序代码

N130 G0 X0 Y0 Z500 ; 安全位置

N140 T="CUTTER 10" M6 M3 S1000 ; 换刀

N150 WORKPIECE(,"",,"RECTANGLE",0,0,-100,-80,170,110) ; 设置毛坯

N160 G0 Z5 ; 逼近工件

N170 FOR _I=0 TO 4 ; 分5次循环铣削

N180    _A=80+(5-_I)*5 _B=50+(5-_i)*5 ; 椭圆长轴短轴

N190    G1 X=_A+10 F3000 ; 运动到加工起点

N200    G42 Z-2 ; Z向下刀, 刀具半径右补偿

N210    FOR _J=0 TO 360 ; 通过循环每度计算一次X轴和Y轴的坐标

N220       X=_A*COS(_J) Y=_B*SIN(_J)

N230    ENDFOR ; 内循环结束

N240    G0 Z5 ;加工完一刀抬刀

N250    G40 ; 取消刀具补偿

N260 ENDFOR ; 外循环结束

N270 X0 Y0 Z500 ; 加工完成退刀

N280 M30

图1

上述程序在N210到N230行运用了一个FOR循环，用直线插补G1加工360条足够短直线段来达到加工椭圆的目的，这是数控编程中常用的直线段带代替曲线的加工方法。上述程序从N170到N260行，再用一个FOR循环，通过不断改变椭圆长轴和短轴的方法，分5次去除椭圆以外的所有加工余量。这是比较典型的循环编程的思路。当笔者再次模拟上述程序时，发现运行上述程序循环时间是10分23秒（图1所示），直觉告知笔者，这个这样的程序加工效率太低。

因此，笔者试着通过IF条件，将原程序做如下的修改：

N100 DEF INT _I, _J ; 定义循环控制变量

N110 DEF REAL _A, _B, _X, _Y  ; 定义椭圆长轴和短轴变量, X和Y轴坐标变量

N120 G90G54G94 ; 初始化程序代码

N130 G0 X0 Y0 Z500 ; 安全位置

N140 T="CUTTER 10" M6 M3 S1000 ; 换刀

N150 WORKPIECE(,"",,"RECTANGLE",0,0,-100,-80,170,110)  ; 设置毛坯

N160 G0 Z5 ; 逼近工件

N170 FOR _I=0 TO 4 ; 分5次循环铣削

N180    _A=80+(5-_I)*5 _B=50+(5-_i)*5 ; 椭圆长轴短轴

N190    G1 X=_A+10 F3000 ; 运动到加工起点

N200    G42 Z-2 ; Z向下刀, 刀具半径右补偿

N210    FOR _J=0 TO 360  ; 通过循环每度计算一次X轴和Y轴的坐标

N220       _X=_A*COS(_J) _Y=_B*SIN(_J)

N230       IF (_X<-86) OR (_X>86) OR (_Y<-56) OR (_Y>56) ; 判断是否是空行程

N240          G0 X=_X Y=_Y ; 空行程快速移动

N250       ELSE

N260          G1 X=_X Y=_Y ; 切削行程

N270       ENDIF

N280    ENDFOR ; 内循环结束

N290    G0 Z5 ; 加工完一刀抬刀

N300    G40 ; 取消刀具补偿

N310 ENDFOR ; 外循环结束

N320 X0 Y0 Z500 ; 加工完成退刀

N330 M30

上述程序中，高亮显示部分通过IF条件，判断坐标点是否处于毛坯外，在毛坯外就是空行程，否则是正常加工行程。但是修改后，笔者并未得到预想的效果，加工时间不但没有明显缩短，反而多了1秒，即循环时间为10分24秒。

笔者再次将程序做如下修改：

N100 DEF INT _I, _J ; 定义循环控制变量

N110 DEF REAL _A, _B, _X, _Y  ; 定义椭圆长轴和短轴变量, X和Y轴坐标变量

N120 G90G54G94 ; 初始化程序代码

N130 G0 X0 Y0 Z500 ; 安全位置

N140 T="CUTTER 10" M6 M3 S1000 ; 换刀

N150 WORKPIECE(,"",,"RECTANGLE",0,0,-100,-80,170,110)  ; 设置毛坯

N160 G0 Z5 ; 逼近工件

N170 FOR _I=0 TO 4 ; 分5次循环铣削

N180    _A=80+(5-_I)*5 _B=50+(5-_i)*5 ; 椭圆长轴短轴

N190    G1 X=_A+10 F3000 ; 运动到加工起点

N200    G42 Z-2 ; Z向下刀, 刀具半径右补偿

N210    G641 ; 连续路径模式

N220    FOR _J=0 TO 360  ; 通过循环每度计算一次X轴和Y轴的坐标

N230       _X=_A*COS(_J) _Y=_B*SIN(_J)

N240       IF (_X<-86) OR (_X>86) OR (_Y<-56) OR (_Y>56) ; 判断是否是空行程

N250          G0 X=_X Y=_Y ; 空行程快速移动

N260       ELSE

N270          G1 X=_X Y=_Y ; 切削行程

N280       ENDIF

N290    ENDFOR ; 内循环结束

N300    G0 G60 Z5 ; 加工完一刀抬刀, 准停模式

N310    G40 ; 取消刀具补偿

N320 ENDFOR ; 外循环结束

N330 X0 Y0 Z500 ; 加工完成退刀

N340 M30

高亮显示的N210行开启连续路径模式，而N300行在走完一个椭圆周后，回到准停模式。修改后的程序的循环时间有原来的10分23秒减少到了50秒（图2所示）。

图2

初一看来，这太神奇了，有些不可思议。其实，在我们未条件N210行的G641时，机床为准停模式，即每走一段编程的线段，机床都会准确的停到编程的坐标点再运行下一段线段，这样，X轴和Y轴不停的处于加速和加速的状态，并未达到编程的进给速度F3000，更未达到快速移动的G0的速度。因此，分开空行程走刀和非空行程走刀并未达到预想的效果。当我们增加N210行的G641后，机床开启了连续路径模式，即机床尽可能保持相同的运行速度，并会将线段之间的角度进行适当的圆滑，这样不但提高了加工效率，同时也会提高表面粗糙度。