宏程序加工轮廓曲线

宏程序加工轮廓曲线（共6篇）

宏程序加工轮廓曲线 篇1

摘要：针对高精度非圆曲线加工节点计算延时的问题, 提出了圆弧拟合节点坐标先计算、存储, 后提取的加工编程方法, 设计了椭圆圆弧拟合节点计算、存储宏程序, 给出了应用实例。结果表明, 该方法能保证高精度非圆曲线加工精度, 提高了加工效率。

关键词：非圆曲线,圆弧拟合,宏程序,高精度

0 引言

非圆曲线轮廓零件在现代机械产品中的应用非常广泛, 其铣削加工数控手工编程大多采用直线拟合的方法来实现。但非圆曲线加工精度越高, 曲线离散的段数越多, 当进给速度快时, 就会出现节点计算延时, 导致加工效率低, 加工表面粗糙, 加工过程中振动大。在曲线离散段相同的条件下, 圆弧拟合要比直线拟合产生的拟合误差小得多[1]。因此, 对高精度非圆曲线铣削加工提出采用圆弧拟合先计算、存储节点坐标, 后提取节点坐标进行加工的编程方法, 以提高加工效率和保证加工精度。

1 非圆曲线圆弧拟合原理

1.1 非圆曲线的圆弧拟合

为便于编程, 圆弧拟合选择三点圆法, 平面上不在一条直线上的3个点可确定一个圆。若把一条非圆曲线离散城2n段, 则此条曲线上共有2n+1点。显然, 相邻的3个点确定一个圆, 用点P1, P2, P3确定的圆上的弧替代非圆曲线上的点P1~点P3部分, 用点P3, P4, P5确定的圆上的弧替代非圆曲线上点P3~点P5部分, 如此循环, 直至非圆曲线终点, 总共有n段拟合圆弧。加工时, 在每段拟合误差小于允许误差的条件下, 用这首尾相连的n段圆弧代替该非圆曲线。

1.2 数学模型的建立

采用圆弧编程指令编程须知道圆弧的终点坐标和半径, 故圆弧拟合非圆曲线的关键是求出每段拟合圆弧的终点坐标和半径, 基于此建立模型如图1所示, 其本质是假设不在同一条直线上的点P1 (X1, Y1) , P2 (X2, Y2) , P3 (X3, Y3) , 求过3点的圆的半径值R。

离散点P1, P2, P3的确定与非圆曲线直线拟合节点的计算相同, 见参见文献[2]。由图1可知, M4的X轴坐标为 (X1+X2) /2, Y轴坐标为 (Y1+Y2) /2, 点M5的X轴坐标为 (X2+X3) /2, Y轴坐标为 (Y2+Y3) /2。点P1和点P2连线的中垂线斜率为:

点P2和点P3连线的中垂线斜率为:

中垂线OM4的一般方程为:

中垂线OM5的一般方程为:

将点M4的坐标值代入式 (3) 可得:

将点M5的坐标值代入式 (4) 可得:

故联立两中垂线方程组为:

解此方程组得该段拟合圆弧的圆心X轴坐标值X0为:

将式 (6) 代入式 (5) 得该段拟合圆弧的圆心Y轴坐标值Y0为:

因此, 可得该段拟合圆弧的半径R为:

综上所述, 根据式 (1) 、 (2) 、 (6) 、 (7) 、 (8) 即可计算出拟合圆弧半径R。

2 椭圆圆弧拟合计算和存储宏程序的设计

根据曲线拟合原理设计的椭圆圆弧拟合计算、存诸程序流程图如图2所示。流程图中程序采用引数赋值, 各引数含义如下:A (#1) 为椭圆长半轴长a, B (#2) 为椭圆短半轴长b, C (#3) 为椭圆起点C的纵向坐标值Xc, I (#4) 为椭圆终点D的纵向坐标值Xd, J (#5) 为圆弧拟合个数, K (#6) 为X向坐标平移值, D (#7) 为Y向坐标平移值, E (#8) 为坐标旋转角度值, F (#9) 为起点C所在象限, H (#11) 为终点D所在象限。

流程图中的节点计算采用当型循环, 难点是解决每次循环的第3点坐标值转换和节点数据的存放问题。坐标系的变换可用3个数据来量化:曲线原始中心坐标系 (又称子坐标系) 原点在编程坐标系 (又称主坐标系) 中的坐标值x0, y0和曲线原始坐标系的坐标轴与编程坐标系的坐标轴之间的夹角θ。当这3个变量只要有一个不为0, 即要对上述计算的第3点坐标数据进行转换 (拟合圆弧半径不变) , 经推导转换公式为:

其中:X, Y为转换后的坐标值;x0, y0为子坐标系原点在主坐标系中的坐标值;X1, Y1为某点在子坐标系中的坐标值;θ为子坐标系相对于主坐标系的旋转角度。

各组拟合数据的存储可按顺序存放在从小到大的公共变量内 (公共变量#500~#999共500个) , 为随后的计算和加工做好准备。把各组 (每组4个) 数据存放在#511开始的变量里, 即把第1个拟合圆的序号、拟合圆弧终点的X坐标值、Y坐标值和拟合圆弧半径R分别存放在#511, #512, #513和#514变量中, 依次类推。若用#32表示拟合圆序号, 则#32=1时:

#[511+4*#32-4]表示变量#511;

#[511+4*#32-3]表示变量#512;

#[511+4*#32-2]表示变量#513;

#[511+4*#32-1]表示变量#514。

当#32等于2 (第2个拟合圆) 时, 上述4式分别表示变量#515, #516, #517, #518。只需在新产生一个拟合圆弧时#32递增1, 即可实现连续按顺序存放拟合数据, 解决数据的存放问题。由上述可方便编制宏程序O0201, 限于篇幅, 不再赘述。

3 应用实例

3.1 型腔工件分析

某型腔工件如图3所示, 已知椭圆曲线精度要求高。建立工件坐标系XYZ及坐标原点O如图3 所示, 椭圆中心在工件中心, 椭圆长轴与X轴正方向夹角为30°, 长半轴长为25 mm, 短半轴长为20 mm, 刀具选用Ф14合金键槽铣刀, 逆铣方式, 采用刀具补偿编程, 圆弧拟合个数凭经验一般选择为40~80, 考虑精度选为80, 刀具沿曲线从0°走至360°完成加工。

3.2 椭圆曲线计算、存储宏程序的应用

根据工件分析, 确定椭圆曲线铣削圆弧拟合宏程序引数赋值如下:A25, B20, C25, I25, J80, K0, D0, E30, F1, H4。编制FANUC-0i-MD系统的精加工主程序如O0202所示。

主程序通过G65指令调用椭圆圆弧拟合宏程序, 先计算、存储椭圆节点数据, 后使用当型循环自动提取数据进行椭圆曲线逆铣加工, 实现了程序先计算、存储节点坐标, 后提取数据进行加工的功能。

4 结语

实践表明, 高精度非圆曲线采用圆弧拟合先计算、存储拟合数据, 后主程序提取节点数据铣削加工的编程方法, 解决了高精度非圆曲线精加工或快进给时节点计算延时的问题, 改善了切削条件, 保证了加工精度, 提高了加工效率, 具有一定的实用价值。

参考文献

[1]周维泉.数控车/铣宏程序的开发与应用[M].北京:机械工业出版社, 2012.

[2]黄继战.椭圆型腔数控铣削通用宏程序的设计[J].煤矿机械, 2012, 33 (9) :147-149.

宏程序加工轮廓曲线 篇2

数控车床可以加工各种类型的回转面,对于圆柱面、锥面、圆弧面、球面等的加工,可利用直线插补和圆弧插补指令完成,而对于一些非圆曲线(如抛物线、椭圆)构成的回转体,编程和加工起来具有一定的难度。因为大多数的数控系统只提供直线插补和圆弧插补两种插补功能,因此,在数控机床上对非圆曲线的加工大多采用小段直线或者小段圆弧逼近的方法来编制加工程序。

使用宏程序对非圆曲线轮廓零件进行编程,在实际运用中,常作为子程序来调用,刀具工进时耗费在空走刀的时间远超过加工切削时间,致使生产效率降低。如果将宏程序与粗车复合循环效结合起来,可以使得刀具工进时空走时间长的问题得到较好的解决。本文以华中世纪星数控系统为例,对采用粗车复合循环结合精加工宏程序进行编程的方法进行具体分析和介绍。

1 非圆曲线节点的循环计算

对非圆曲线轮廓的零件进行编写时,常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线,逼近线段与被加工曲线的交点,称为节点。以下以椭圆为例,说明非圆曲线节点的循环计算过程。

以直线逼近椭圆的情况如下:采用平分等角度(间距)法,以角度β为变量,变化范围为0°~360°,节点的坐标计算公式为:X=αcosβ;Y=bsinβ;其中α为椭圆长半轴,b为椭圆短半轴。从β=0°开始计算,每计算出一个节点的坐标就直线插补到该点,然后β增加一个步距(增量),利用宏程序中循环语句,进行变量迭代,表达式及其它语句无须改变,直到β超出变化范围为止。角度β每次的变化量和最后工件的加工表面质量有较大关系,步距(增量)越少,加工精度越高,表面粗糙度值越小,但走刀次数就会相应增加,加工效率则降低,所以,要全面的综合考虑各种因素,选择合理的步距(增量)。

2 宏程序/子程序调用

对尺寸不同,但形状相同或相近的零件进行编程时,使用变量、算术和逻辑运算及条件转移指令编制宏程序,程序中体现零件的走刀轨迹,操作者只需使用用户宏命令对其进行调用即可,而不必记忆用户宏主体。使用宏程序作为子程序调用时要注意以下的要点。

1)宏程序/子程序调用的参数传递规则

G代码在调用宏程序时,为了保存当前主程序的编程信息,系统会将当前程序段各字段(A~Z共26个字段,如果没有定义则为零)的内容复制到宏执行时的局部变量#0-#25,同时复制调用宏时当前通道九个轴的绝对位置(机床绝对坐标)到宏执行时的局部变量#30〜#38。

调用一般子程序时,不保存系统模态值,即子程序可修改系统模态,并保持有效;而调用固定循环时,保存系统模态值,即固定循环子程序不修改系统模态参数。

表1列出了宏当前局部变量#0〜#25所对应的宏调用者传递的字段参数名。

2)宏程序的调用格式为:M98 P(宏程序名)<变量赋值>或G65 P(宏程序名)<变量赋值>。

宏程序的调用方式类似于调用子程序,即同样采用M98调用,采用M99结束。但在调用宏程序时,应给出所需要的参数值。

3 宏程序/子程序调用的编程

下面以非圆曲线椭圆类零件的宏程序为例,如图1所示(编程原点在右侧面中心处),分析宏程序作为子程序调用的加工情况。主程序%7002使用了M98指令调用椭圆用户宏程序%0003。

根据图中给出的信息,手工编程时,非圆曲线一般都是单独编制成子程序,由主程序对其进行调用。如图1所示,要求加工工件右端轮廓,其加工程序和说明如下(毛坯直径尺寸40mm):

加工程序中,%0003椭圆子程序为零件轮廓尺寸,%7002主程序在调用%0003进行零件轮廓加工时,长轴不变、短轴长依次变化的椭圆簇,刀具所走的轨迹如图2所示。图2为加工仿真环境下的校验图,其中走刀次数为25次,程序运行共55340行,进给走刀时间过长,刀具在工件毛坯之外空走刀情况比较严重,而且是以切削进给速度空走刀,造成加工时间耗费大,数控机床的利用率极低。

4 宏程序与粗车复合循环结合的编程

根据粗车复合循环指令的特点,把宏程序与粗加工复合循环指令结合起来,直接用椭圆的轮廓程序作为粗加工复合循环指令中的精加工轮廓循环体。以下是采用粗加工复合循环指令G71与宏程序结合,对以上的举例进行编程加工分析,加工程序和说明如下:

加工仿真环境下的校验图如图3所示,其中走刀次数为不多,程序运行共5759行,运行时间短。从走刀轨迹图可知,刀具按G71指令的轨迹运行加工过程中没有轮廓空切削过程,加工时间明显缩短。

5 两种编程方法的对比分析

从两种方法对非圆曲线椭圆加工的走刀轨迹对比中可以发现:

1)使用“宏程序/子程序调用的编程方法”编程时,刀具以进给速度走刀所扫过的面积比较大;而使用“宏程序与粗车复合循环结合的编程方法”编程时,刀具以进给速度走刀所扫过的面积比较小。

2)使用“宏程序/子程序调用的编程方法”编程时,刀具以进给速度走刀空走刀的时间较长;而使用“宏程序与粗车复合循环结合的编程方法”编程时,刀具以进给速度走刀空走刀的时间较短。

此外,使用“宏程序与粗车复合循环结合的编程方法”编程和加工椭圆时,宏程序语句少,程序运行的总行数少(从55340行减少至5759行),进给走刀路线短,加工时间短,刀具几乎没有以进给速度空走刀的现象,编写程序不存在嵌套循环宏程序,易于程序检查和修改。因些,使用“宏程序与粗车复合循环结合”的编程方法要比使用“宏程序/子程序调用”的编程方法更加好用、实用,在生产实践中有较大的使用价值,得到广泛的应用。

6 结束语

在编制各种非圆曲线轮廓零件的加工程序时,对于形状一样尺寸不同的系列零件,使用宏程序并合理地结合粗车复合循环指令G71、G72和G73,以最短的程序段表出加工程序,具有极好的易读性和易修改性,编写出的程序简洁直观,逻辑严密、修改方便,通用性强,同时又可减少甚至免除手工编程的烦琐数值计算并精简程序量,提高编程与加工的效率,因此广泛应用于数控加工编程中。

摘要：对非圆曲线轮廓零件的编程,采用粗车复合循环结合精加工宏程序进行,不仅可以使得编写的程序段少,缩短编程的辅助时间,同时又可减少程序运行行数,快速完成零件的粗精加工,提高编程与加工的效率。

关键词：非圆曲线,宏程序,粗车复合循环

参考文献

[1]华中数控公司,华中世纪星车床数控系统HNC-21/22T编程说明书,2006.

[2]冯志刚.数控宏程序编程方法技巧与实例[M].北京:机械工业出版社,2008.

应用宏程序加工二次曲线 篇3

1 宏程序的相关知识

(1)变量定义:由变量符合“#”和变量号组成,如#i(i=1,2,3,……)。

(2)引用:在指令字的后面可指定变量号或表达式,但表达式必须用括号[]括起来。

(3)算术和逻辑运算符

2 宏语句

条件转移语句

格式:IF[(条件句)]GOTO n;

含义:若条件式成立,则执行顺序号为n的程序段;若条件式不成立,则执行其后的下一程序段。

3 宏程序编程思路

将非圆曲线分成若干条线段后,用直线进行拟合,每段直线段在Z(或X)轴方向的间距为0.1mm(或变小或变大),当间距越小,则加工的非圆曲线光洁度越高。根据曲线公式,以Z(或X)坐标作为自变量,X(或Z)作为因变量,自变量每次递减(或递增)0.1mm。通过非圆曲线方程,计算出对应的坐标值。另外,通常情况下,公式曲线中坐标值与工件坐标下的值不是同一个值,编程时应找出两者之间换算关系。其中在编程过程中应注意选择合适的自变量和因变量,这样可使编程中的计算简单。

(1)椭圆(图1):

#101非圆曲线中的Z坐标值,初始值为a;

#103非圆曲线在工件坐标系中的X坐标值,其值为#102×2。

#104非圆曲线在工件坐标系中的Z坐标值,其值为#101-a。

(2)双曲线(图2):

#101非圆曲线中的Z坐标值,初始值为-a;

#103非圆曲线在工件坐标系中的X坐标值,其值为#102×2。

#104非圆曲线在工件坐标系中的Z坐标值,其值为#101+a。

(3)抛物线(图3):

#101非圆曲线中的Z坐标值,初始值为0;

#103非圆曲线在工件坐标系中的X坐标值,其值为#102×2。

#104非圆曲线在工件坐标系中的Z坐标值,其值为#101。

5 结语

通过上述实例,可看到宏程序功能在数控加工中的优势,它将节省编程时间,使程序的简洁性和灵活性大大增加。同时也对编程人员提出了更高的要求,即在编程过程中,应完全掌握宏程序的编程思路,来满足加工过程中所遇到的各种可能问题。

参考文献

[1]杨钢,陈小安.宏程序在数控加工中的应用[J].现代制造工程,2007(12):45-46.

[2]耿国卿.数控铣床及加工中心编程与应用[M].北京:化学工业出版社,2009.

[3]沈建峰,朱勤惠.数控车床技能鉴定[M].北京:化学工业出版社,2007.

[4]徐昆鹏,张欣.数控加工中宏程序的应用技巧[M].北京:化学工业出版社,2006.

宏程序加工轮廓曲线 篇4

目前数控系统没有完善的函数曲线的插补功能, 因此实际操作中加工函数曲线的编程多采用手工编辑宏程序来完成, 但自动编程加工函数曲线会直接影响到宏知识的传教。作为培养高技能人才的学校, 特别是数控教学中根据不同情况, 掌握函数曲线的宏编程是非常必要的。现今, 数控系统的种类非常多, 宏编程的格式有所不一样, 但原理一样。宏程序的最大特点是, 可以对变量进行运算, 使程序应用更加灵活、方便。虽然子程序对编制相同加工操作的程序非常有用, 但宏程序由于允许使用变量算术和逻辑运算及条件转移, 使得编制相同加工操作的程序更方便、更容易。

宏程序有A、B两类, 本人以操作过的数控车床配置的数控系统为例, 发现GSK980TD数控系统的数控车床使用的是A类宏程序, 相比之下, 宏编程的格式繁琐。下面我就以GSK980TD数控系统的数控车床为例, 介绍手工编辑加工函数曲线的宏程序。

1 手工编辑宏程序的相关知识

当前的数控系统都为用户配备了较强大的类似于高级语言的宏功能, 用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算。通过它所提供的循环语句、分支语句可大大减少手工编程时繁琐的数值计算, 是提高机床性能的一种特殊功能, 在函数曲线工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。

用户宏程序有A、B两类, A类宏程序是以G65 Hm P#i Q#j R#k的格式输入的, 而B类宏程序则是以直接的公式和语言输入的, 类似于C语言。GSK980TD数控车床中使用的是A类宏程序, 它的一般格式为:

指令意义:#i=#j A#k (注:A为运算符号, 由Hm决定) 。

具体定义看宏指令表 (表1) 。

2 宏编程路径

采用一次性切削的方法来加工函数曲线来编程, 在实际加工时, 把刀补偏移出来。

其流程图如图1。

3 加工函数曲线的宏程序实例

实例、加工如图2所示的零件, 工艺条件:工件材质为45#钢, 毛坯为直径Φ50mm, 长50mm的棒料。

3.1 正弦曲线图形 (图3)

在车床上加工正弦线时, 以Z为变量时, 变量的范围确定:Z的变量也就是Z方向的加工起点和加工终点的两个值 (正弦线加工起点为Z的变量初始值, 一般为0, 加工起点到加工终点的距离为Z的变量终止值) 。

3.4 加工函数曲线宏程序计算

(2) 变量的确定:以Z为变量, 变量范围[0, 14], 计算方法是加工起点为0, 加工终点是正弦线的起点到终点的距离。

3.5 加工函数曲线宏程序 (表2)

4 结束语

用手工编辑宏程序可以在数控车床上进行函数曲线的插补, 弥补了数控系统中没有函数曲线插补功能这一不足。编辑程序时, 可参照其数学公式、微分方程等有关知识, 使编程计算大大简化, 程序的可读性强, 提高了编程效率, 从而充分发挥数控机床的内在潜力, 提高加工效率和质量, 同时使宏知识在学校得到广泛是学习和应用。作者通过多次实践证明, 加工函数曲线用手工编辑宏程序能高效、准确地加工出正弦线的轮廓。 (说明:至于余弦线曲线的宏编程在此不一一编辑)

参考文献

[1]广州数控设备有限公司.GSK980TD车床CNC使用手册[M].

宏程序加工轮廓曲线 篇5

关键词：数控车削,宏程序,正弦曲线,编程

1 宏程序简介

宏程序简言之就是宏编程, 它是一种零件的编程方法, 该方法是在标准的CNC编程基础上附加控制特征, 以使功能更加强大, 更具有灵活性。宏程序与标准的CNC编程的区别是使用变量来代替定值, 变量之间可以运算, 程序可以任意跳转。而标准的CNC编程是使用定值编程, 定值之间不可以运算, 程序是按照顺序执行。宏程序的优点是可以编写一些非圆曲线, 如宏程序编写椭圆、双曲线、抛物线等。编写一些大批相似零件的时候, 可以用宏程序编写, 这样只需要改动几个数据就可以了, 没有必要进行大量重复编程。

2 正弦曲线介绍

正弦曲线可表示为y=Asin (ωx+φ) +k, 定义为函数y=Asin (ωx+φ) +k在直角坐标系上的图象, 其中sin为正弦符号, x是直角坐标系x轴上的数值, y是在同一直角坐标系上函数对应的y值, k、ω和φ是常数 (k、ω、φ∈R且ω≠0) , 其中:A———振幅, 当物体作轨迹符合正弦曲线的直线往复运动时, 其值为行程的1/2; (ωx+φ) ———相位, 反映变量y所处的状态;φ———初相, x=0时的相位;反映在坐标系上则为图像的左右移动;k———偏距, 反映在坐标系上则为图像的上移或下移;ω———角速度, 控制正弦周期 (单位角度内震动的次数) , 正弦曲线是一条波浪线。

3 工艺分析

如图1所示的零件图, 在数控车床上想要加工出该零件, 一般需要分两次装夹才可以, 首先加工出左端, 然后掉头装夹直径24处, 再加工出右端。从图1可以看出, 左端的加工程序比较简单, 右端部分因为有正弦曲线, 若应用标准的CNC编程方法, 将无法对此部分进行手工程序编制, 这里必须借助宏程序来编程, 才可以实现零件的加工。此外, 由于正弦曲线是一条波浪线, 普通的外圆车刀加工波浪部分很容易产生刀具后角干涉, 这里最好选用中置车刀才可以避免刀具干涉现象的产生。

4 编程思路分析

零件图1中的正弦曲线需要用宏程序编程, 从零件图1中可以看出, 该正弦的参数方程为X=4*sin[t/3], Z=t, 振幅为4, 周期T=2PI/ (1/3) =6PI, 曲线有7/4个周期, 所以变量t的角度变化范围为0°~630°, 假设正弦曲线上有任意一点A, 点A在正弦曲线坐标系X'O'Z'中的坐标为 (X, Z) , X用#2表示, Z用#1表示, 如图1所示, 所以A的坐标可以表示为A (#2, #1) , 而A点在编程坐标系XOZ中的坐标为A (38+2*#2, #1-10) , 把#2=4*sin[#1]代入可得A (38+2*4*sin[#1], #3-10) 。在正弦曲线坐标系中, 该7/4个周期的正弦曲线Z向长为32.98mm, 即正弦的角度t从0°变化为630°, 该正弦曲线Z值从0变化为-32.98, 本文由于是以长度作为动态值Z即#1, 所以应该使其转化为角度制得360*#1/[6*PI]]*PI/180, 则#2=4*sin[[360*#1/[6*PI]]*PI/180], 这样完全可以算出在编程坐标系XOY中, 正弦曲线上每一点的Z坐标值为#1-10 mm, X坐标值为38+2*#2, 知道正弦曲线的每一点的X和Z坐标即可编程。

5 程序编制

6 结语

如图1所示的零件图中含有正弦曲线, 想要通过手工的方式编制其加工程序, 就必须用到宏程序, 此零件中宏程序编程的关键是变量的选取和各变量之间的关系, 并根据其关系找到曲线上每一点的X、Z坐标算法公式;此外, 还需要灵活进行弧度制与角度制之间的转换, 这些能正确解决, 该正弦曲线的加工编程就可迎刃而解。在实际的生产当中, 还要根据实际情况选择加工的刀具, 一般选择中置车刀或刀尖角度为35°的外圆车刀, 才可以避免刀具后刀面与加工的曲面发生干涉现象。

参考文献

宏程序加工轮廓曲线 篇6

在数控车削加工中,有时会遇到一些非圆曲线类零件的加工,这类零件若采用软件自动编程,则生成程序占用内存较大、程序修改困难且受设备和条件的限制,若采用传统的CNC手工编程,则数控系统提供的直线插补和圆弧插补功能无法直接满足用户的要求。但是,如果利用数控系统提供的用户宏程序功能,可以很好的解决这些形状或尺寸有规律的非圆曲线类零件的加工。

1 宏程序功能特点

现代数控系统都为用户配备了强有力的类似高级语言的宏程序功能,用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算。宏程序提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句等功能,用以编制非圆曲线等各类复杂零件的加工程序并可精简程序量,减少甚至免除手工编程时繁琐的数值计算。

用户宏程序是带变量的手工编程,是手工编程的精髓。其程序具有简洁精悍,逻辑严密;很好的易读性和易修改性,通用性强,编程效率高;程序内存量小,比执行CAD/CAM软件生成的程序更加快捷,反应更加迅速,能弥补自动编程的不足等特点。

2 宏程序编程思路与格式

2.1 编程思路

宏程序加工非圆曲线轮廓的基本编程思路是用数段直线逼近轮廓线。具体而言,就是设想先将某段非圆弧曲线细分成若干微小线段,然后在每一小段线段上做直线或圆弧插补,来近似表示这一段非圆弧曲线。如果分成的线段足够小,则这个近似的曲线就能够较好地满足加工精度的要求。宏指令编程虽属手工编程范畴,但它将复杂的节点坐标计算工作交由计算机数控系统来完成,编程者只需给出数学公式和算法。可见,宏程序不适宜加工简单直观的零件轮廓,主要适合于常规插补指令无法完成的非圆曲线类零件的加工。

2.2 编程格式

不同的数控系统,宏程序编程格式也略有不同,具体可查阅机床说明书。华中系统数控车床对于非圆曲线类零件加工常采用循环语句编制宏程序,其格式为:

WHILE[条件表达式];

……条件成立

ENDW

当条件式成立时就循环执行WHILE与ENDW之间的程序段,若条件不满足就执行ENDW的下一个程序段。另外,也可采用条件语句编制宏程序,其格式有两种,这里不作阐述。

3 宏程序应用举例

下面以HNC-21/22T系统数控车床为例,具体分析如何应用宏程序来加工含椭圆及抛物线轮廓零件。

3.1 设计思路

如图1所示零件,工件原点设在工件右端面与轴线的交点处,工件坐标系即编程坐标系的建立是通过对刀来完成的。该零件加工遵循从右至左、从近至远的加工原则,先用固定循环指令粗加工抛物线面、锥面、椭圆面及圆柱面后,再对零件进行精加工。用切削循环指令G71编写宏程序时,是在精车程序中给变量赋值、进行数学运算和执行循环语句的,使得编程更直观、快捷、简便且精简了程序内容,大大提高了编程效率。

抛物线和椭圆轮廓用宏程序编写,采用直线逼近法,即在Z向分段,一般以0.2~0.5mm为宜,本程序以0.4mm为一个步距,并把Z作为自变量,X作为Z的函数。经过方程变换后,抛物线方程为,椭圆方程为,用变量#1和#2分别代替公式中的Z和X;再进行坐标转换,即将非圆曲线上各点的坐标转换到编程坐标系下,用变量#11、#22分别代表非圆曲线上各点在编程坐标系下的Z和X坐标;然后根据条件完成各点的坐标值走刀。

3.2 切削用量

1号刀为外圆粗车刀,粗加工时主轴转速为600r/min,进给速度为0.2mm/r,吃刀量为1.5mm;2号刀为外圆精车刀,精加工时主轴转速为900r/min,进给速度0.1mm/r,X方向精加工余量为0.5mm,Z方向精加工余量为0.1mm。

3.3 结构流程框图

对于该例中抛物线和椭圆轮廓加工,宏程序结构流程框图相同,如图2所示。

3.4 参考程序(如图3所示)

4 结论

宏程序允许使用变量、算术、逻辑运算及循环语句、条件转移等方法编制传统数控编程无法实现的非圆曲线类数控车削零件的加工,其变量编程方式增加了应用对象的灵活性,能将相同结构编成通用程序,大大提高了编程效率。因此,利用用户宏程序功能,充分扩展了数控机床的使用范围和使用功效,具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]禹诚.数控车削项目教程[M].华中科技大学出版社,2008.

[2]冯志刚.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].机械工业出版社,2008

[3]程启森.非圆曲线的宏程序编制方法应用研究[J].现代制造工程,2010(3):46-48.