宏程序在数控加工中的运用

随着现代制造技术的发展和数控机床的广泛运用, 随着国家对数控技能人才的重视和连续三届全国数控技能大赛的举行, 全面的推动了我国数控加工行业的发展。在数控加工过程中, 尽管使用各种C A D/C A M软件来编制数控加工程序已经成为主流, 但是, 针对目前数控类技能鉴定考试或是数控技能大赛等, 基本上是不允许使用C A D/C A M软件进行自动编程, 只能采用手工编程。

对于加工形状复杂的曲面或曲面轮廓, 若能合理运用宏程序编程, 则能占据得天独厚的优势, 达到事半功倍的效果。

1 宏程序在数控车削加工中的运用

如图1所示为桂林市数控大赛试件, 由于数控系统一般没有二次曲线的专门加工指令, 此工件的椭圆部分虽然可以通过四心圆转化或人工插补的方法进行加工, 若其轮廓度要求较高时, 则很难保证其加工精度或插补计算量大、计算过程很复杂。如果运用宏程序编程加工, 通过合理设定相关参数与变量, 则不仅很容易保证其加工精度、简化了复杂的计算过程, 而且还大大提高了编程的效率。

1.1 建立数学模型与编程思路

运用宏程序编程时, 必须先设定相关变量, 设变量#1 0 0为插补当量, #1 0 1为椭圆的长半轴 (该例中其值为4 0) , #1 0 2为椭圆的短半轴 (该例中其值为2 4) , #1 0 3为Z轴变量 (该例中其初始值为40, 终点值为-30) 。由图1可知, 若将坐标系X 0 Z建立在椭圆的对称中心, 则椭圆的方程为, 若以Z轴为变量, 则x=。设变量#1 0 4=, 变量#1 0 5为椭圆上Z坐标值为#1 0 3时对应的X值。则依据建立的数学模型有:

x=#105=。若椭圆的形状发生变化时, 只需要修改变量#1 0 1与#1 0 2的值即可, 若加工精度不够, 可修改变量#1 0 0的值来保证。

1.2 程序编制 (以FANUC 0i系统为例, 仅编制椭圆的精加工程序)

2 宏程序在数控铣削加工中的运用

对于具有曲面或复杂轮廓的零件, 特别是包含三维曲面的零件, 采用一般手工编程困难很大, 而且容易出现错误, 有时甚至无法编制程序。而采用宏程序, 就能很好的解决这一问题。如图2所示零件, 是集椭圆轮廓、球面、孔口倒圆角及轮廓倒圆角于一体的典型零件。现以F A N U C 0 i系统为例, 逐一分析运用宏程序加工各曲面的编程方法。

2.1 运用宏程序加工椭圆

2.1.1 建立数学模型与编程思路

建立工件坐标系, 由图3可知, 椭圆的长半轴a=4 5, 短半轴b=2 5, 根据椭圆的参数方程可知, 对于椭圆上任意一点的坐标值可表示为:X=a C O Sθ, Y=b S I Nθ (θ—为椭圆的弧围角度) 。

设变量#1 0 1为刀具半径 (假设选用φ16的立铣刀) , #102为椭圆的长半轴, #103为椭圆的短半轴, #1 0 4为椭圆的切削弧围角度, #1 0 5、#1 0 6分别为椭圆上对应的弧围角度为#1 0 4时的X、Y坐标值。

2.1.2 程序编制

2.2 运用宏程序加工半凸球面

2.2.1 建立数学模型与编程思路

设变量#1 0 1为圆弧对应的圆心角, #1 0 2为球面半径, #1 0 3为刀具半径, #1 0 4为刀具中心到球面中心的距离。采用以角度为主变量, 通过角度的递增, 刀具在不同的高度执行圆弧插补指令加工出该零件。如图4所示, 假设选用φ1 0的立铣刀来加工, 刀具在X Y平面走的是整园轨迹, 半径为#1 0 4变量值的大小。在X Z平面为圆弧, 采用直线逼近的方法进行加工, Z方向的每刀进给为#1 0 5变量值的增量, 加工精度通过控制#1 0 1变量来保证。由图可知, #104=#103+#102*SIN[#101], #105=#102-#102*COS[#101]。

2.2.2 程序编制

2.3 运用宏程序加工孔口倒圆角

2.3.1 建立数学模型与编程思路

设变量#101为刀具半径, #102为倒圆角半径, #1 0 3为孔半径, #1 0 4为加工圆弧对应的圆心角, #1 0 5为切削点X坐标值, #1 0 6为刀具中心到孔中心的距离, #1 0 7为切削点Z坐标值。采用以角度为主变量, 通过角度的递增, 刀具在不同的高度执行圆弧插补指令加工出该零件。如图5所示, 假设选用φ8的立铣刀来加工, 刀具在X Y平面走的是整圆轨迹, 半径为#1 0 6变量值的大小。在X Z平面为圆弧, 采用圆弧逼近的方法进行加工, 半径为#1 0 2变量的值。由图可知, #1 0 5=#1 0 2+#1 0 3-#1 0 2*S I N[#1 0 4], #1 0 6=#1 0 5-#1 0 1, #107=#102-#102*COS[#104]。

2.3.2 程序编制

2.4 运用宏程序加工梅花型轮廓倒圆角`

2.4.1 建立数学模型与编程思路

设变量#1为刀具半径, #2为倒圆角半径, #3为圆弧对应的圆心角, #4为在加工过程中的刀具半径补偿值。采用以角度为主变量, 通过角度的递增, 刀具在不同的高度执行相应的半径补偿值来加工出该零件。如图6所示, 假设选用φ1 2的立铣刀来加工, 刀具在X Y平面走的是梅花型轮廓轨迹, 刀具半径补偿值为#4变量值的大小。在X Z平面为圆弧, 半径为#2变量值的大小, Z方向的每刀进给为#5变量值的增量。由图可知, #4=#1-#2*[1-S I N[#3]], #5=#2*[1-COS[#3]]。

2.4.2 程序编制

3 结语

由于用户宏程序允许使用变量, 进行算术运算和逻辑运算, 并有条件分支, 可以进行循环和转移, 所以运用宏程序编制的程序内容简捷, 逻辑严密, 并具有极好的易读性与易修改性。只要我们掌握宏程序的编程原理, 编程格式及变量应用, 就能解决实际加工中各种有规则几何形状的工件, 而且程序编制简单, 通用性强, 加工效率高。

摘要：本文简要介绍了宏程序数学模型的构建方法和编程思路。并以椭圆轮廓、球面、孔口倒圆角及轮廓倒圆角为实例, 详细介绍了FANUC 0i系统宏程序的编制过程。

关键词：宏程序,数学模型,变量

参考文献

[1] 金晶.数控铣床加工工艺与编程操作[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[2] 陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[3] 北京发那科机电有限公司.FANUC0i-MC操作说明书[M].2005.