宏程序在數(shù)控銑床的應(yīng)用

申毅莉

（梧州學(xué)院電子信息工程系，廣西 梧州 543002）

宏程序在數(shù)控銑床的應(yīng)用

申毅莉

（梧州學(xué)院電子信息工程系，廣西 梧州 543002）

基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的宏程序，解決實際加工中程序不可循環(huán)使用的難題，模塊化編程既可直接作為主程序，也可以作為子程序，使實際加工更加靈活、方便，高效。在數(shù)控銑床（加工中心）上，利用宏程序編制加工典型工序的模塊化指令，如凸臺、斜面等。最后將上述模塊化指令應(yīng)用于零件——平行四邊形框點式孔群，通過仿真加工驗證宏程序的優(yōu)勢。

宏程序；數(shù)控銑床；模塊編程

1 宏程序的含義及理論基礎(chǔ)

一般意義而言，數(shù)控指令是指ISO代碼指令編程，即每一指令的功能是固定的，由系統(tǒng)廠家生產(chǎn)，使用者只需且只能按照機床的控制規(guī)定編程即可[1]。但有時這些指令滿足不了用戶的需求，系統(tǒng)因此提供了用戶宏程序平臺，用戶可以對數(shù)控系統(tǒng)進行一定的功能擴展，即在數(shù)控系統(tǒng)宏程序功能的平臺上進行開發(fā)，其開發(fā)出來的程序就是宏程序[1]。

宏程序是數(shù)控系統(tǒng)中一種具有計算能力和決策能力的數(shù)控程序，即采用參數(shù)化編程[1]。

1.1 適用于宏程序加工的內(nèi)容

1.1.1 加工工藝的優(yōu)化

加工工藝的優(yōu)化主要是數(shù)控加工程序的優(yōu)化，要求操作者非常方便、快速地調(diào)整生產(chǎn)過程的加工參數(shù)（如刀具尺寸、刀具補償值、層降、步距、計算精度等），宏程序在這方面比一般的數(shù)控編程更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。使用宏程序編程加工時，操作者根本無需改動程序本身，只需對各項加工參數(shù)所對應(yīng)的自變量賦值做出局部調(diào)整，能達到優(yōu)化的效果[2]。

1.1.2 保證幾何參數(shù)曲面的加工

大部分的機械零件形狀可概括為以下幾種類型：凸臺、凹槽、圓孔、斜平面、回轉(zhuǎn)面等。構(gòu)成其幾何要素基本是點、直線、圓弧、以及各種二次圓錐曲線（橢圓、拋物線、雙曲線）等，這些均以三角函數(shù)、解析幾何為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)應(yīng)用。在數(shù)學(xué)上，上述直線或曲線均可用三角函數(shù)表達式、解析方程式以及參數(shù)方程加以表達。所以，數(shù)控宏程序有廣泛的應(yīng)用空間，可發(fā)揮較強的作用。

1.1.3 特殊螺紋的加工

機械零件還有特殊的運用，如變螺距螺紋加工，運用宏程序切削變螺距螺紋，在循環(huán)中只需要每轉(zhuǎn)動一圈，對螺距進行遞增（遞減）一定量，這樣就可以實現(xiàn)加工過程中螺距的變化。

1.1.4 宏程序與普通編程的對比分析

宏程序與普通編程存在一定的差別，如表1所示。

表1 宏程序與普通編程的對比分析

從表1中可以看出，宏程序與普通編程之間的差別，從編程角度考慮，宏程序編程比普通編程更靈活、便利。

1.2 宏程序理論基礎(chǔ)

在數(shù)控銑床（加工中心）常用工序模型加工中，使用一種編程方法可以將宏程序直接作為主程序，也可以作為子程序。數(shù)控銑床模型的程序建立，不僅解決實際加工中程序不可循環(huán)使用的難處，使得實際加工中更加靈活、方便，高效；下面采用單一工序宏程序進行模塊化編程。

1.2.1 銑削平面模型

平面模型的加工程序是以對稱中心為工件坐標(biāo)系原點，以右下方偏離約1.2～1.5倍的刀具半徑距離作為起進刀起始點，刀具X軸向負方向移動、抬刀。刀具空行程到X軸下刀的距離，如此循環(huán)加工直到加工完成。程序及模型參看表2、圖1、圖2、圖3所示。

表2 O8004平面銑削模型程序

圖1 平面銑削模型

圖2 仿真過程圖

圖3 仿真效果圖

1.2.2 銑削外輪廓模型

外輪廓模型的加工過程是以對稱中心為工件坐標(biāo)系原點，以右下方偏離約1.2～1.5倍的距離作為起進刀點始點，Z軸下刀一定的距離，進行第一次加工，刀具X軸向負方向移動、Y軸向正方向移動，X軸向正方向移動，Y軸向負方向移動，Z軸步進一定深度，繼續(xù)XY軸循環(huán)；如此進行循環(huán)加工直到加工完成。程序及模型參看表3、圖4、圖5、圖6所示。

圖4 外輪廓銑削模型

圖5 仿真過程

圖6 仿真效果

表3 O8005銑削外輪廓模型程序

1.2.3 球頭銑刀斜面銑削模型

球頭銑刀斜面銑削模型的加工過程是以對稱中心為工件坐標(biāo)系原點，以右上方偏離約1.2～1.5倍的距離作為起進刀點始點，Z軸下刀最低點，進行環(huán)四邊形加工，即刀具Y軸向負方向移動、X軸向正方向移動，Y軸向正方向移動，X軸向負方向移動，Z軸步進上升一定的步進量，繼續(xù)循環(huán)加工；如此進行循環(huán)加工直到加工完成。程序及模型參看表4、圖7、圖8、圖9所示。

表4 O8006平底銑刀斜面銑削模型程序

圖7 平底銑刀斜面銑削模型

圖8 仿真過程圖

圖9 仿真效果圖

1.2.4 球頭銑刀四角圓角過渡矩形外斜面銑削模型

球頭銑刀四角圓角過渡（上下變半徑）矩形外斜面銑削模型以對稱中心為工件坐標(biāo)系原點，以右下方偏離約1.2～1.5倍的半徑作為起進刀點始點，Z軸下刀一定的距離，進行第一次加工，即刀具X軸向負方向移動、Y軸向正方向移動，X軸向正方向移動，Y軸向負方向移動，Z軸步進上升一定高度，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)；如此進行循環(huán)加工直到加工完成。程序及模型參看表5、圖10、圖11、圖12所示。

表5 O8007球頭銑刀四角圓角過渡（上下變半徑）矩形外斜面銑削模型程序

圖10 球頭銑刀四角圓角過渡（上下變半徑）矩形外斜面銑削模型

圖11 仿真過程圖

圖12 仿真效果圖

1.2.5 球頭銑刀銑削外球面模型

球頭銑刀銑削外球面模型加工過程是以球心為工件坐標(biāo)系原點，刀具偏離1.2～1.5倍工件最外端，Z軸下降至所需要加工的最低高度，刀具開始走刀至X（Y）軸工件所需尺寸，然后采用G02順時針環(huán)繞走刀一圈，每次步進量為下降1°的方式進行由上往下步進加工至最低點，程序及模型參看表6、圖13、圖14、圖15所示。

表6 O8008球頭銑刀銑削外球面模型程序

圖13 球頭銑刀銑削外球面模型

圖14 仿真過程圖

圖15 仿真效果圖

1.2.6 平面內(nèi)的凹圓柱面與平面過渡的倒R面銑削模型

交接過渡是實際加工中常見的類型之一，而圖5 ～16是平面內(nèi)的凹圓柱面與平面過渡的倒R面銑削模型，其是由平面與凹圓柱面采用R面過渡的形狀；其加工工藝路線是：先進行平面銑削，而后根據(jù)R#3的尺寸進行有上往下加工，其中采用了順銑即G02走刀；程序及模型參看表7、圖16、圖17、圖18所示。

表7 O8009平面內(nèi)的凹圓柱面與平面過渡的倒R面銑削模型程序

圖16 平面內(nèi)的凹圓柱面與平面過渡的倒R面銑削模型

圖17 加工過程圖

圖18 仿真效果

2 FANUC銑床宏程序的典型零件加工實例

2.1 選擇及確定加工方案

2.1.1 零件分析

如圖19所示，本零件為行四邊形框式點陣孔群，該孔系點陣為平行四邊形，孔尺寸為Φ16mm，孔與孔之間的間隔為55±0.1mm，第一行孔與X軸之間成15°±0.1°角，平行四邊形銳角為65°，第一行孔的第一個孔與X軸、Y軸的距離均為50mm，零件的外輪廓尺寸為260mm、220mm孔深為25mm。

圖19 平行四邊形框式點陣孔群零件圖

2.1.2 比較和確定零件加工方案

方案1：普通數(shù)控編程加工

普通數(shù)控編程加工，需要計算每1個孔的具體尺寸，這對于精度控制要求較高的孔群零件，要達到圖紙所需的尺寸精度，普通編程存在一定的困難.

方案2：宏程序編程加工

使用宏程序加工該孔群，僅需要保證第1行的第1個孔保證尺寸，剩余的孔就以第1個空為基準(zhǔn)，采用參考函數(shù)計算進行推進加工，加工比較容易實現(xiàn)。

綜上所述，本零件采用宏程序加工該零件，宏程序編程加工流程圖如圖20所示。

圖20 框點式孔群宏程序加工流程圖

2.2 平行四邊形框點式孔群零件工藝分析

根據(jù)零件圖的分析可以看出，該孔群是在加工完成零件的外輪廓以及表面加工以后而進行的工序。由于其工序只是加工孔，并且孔尺寸為Φ16mm，只需要1把麻花鉆即可滿足加工的刀具需求。

毛坯材料：已經(jīng)加工好外輪廓的220×260mm #45鋼。

機床選擇：FANUC數(shù)控銑床

刀具：根據(jù)《實用金屬切削手冊》選取硬質(zhì)合金直柄麻花鉆（GB/T6135.4—1996）。

夾具：工藝板。

表8 刀具參數(shù)

轉(zhuǎn)速：500 r/min

校驗工具：內(nèi)測千分尺（JB/T 10006—1999）、萬能角度尺（GB/T 6315—2008）。

2.3 編程

表9 變量使用說明

表10 加工主程序

表11 宏程序

2.4 仿真加工圖

圖21 走刀路線圖

圖22 仿真效果圖

通過上述的加工過程，可看出，運用宏程序加工有規(guī)律的孔系，其采用參數(shù)（一次函數(shù)）編程，方便、快捷，無需進行大量繁瑣的計算，減少計算過程中的估算誤差，同時也減少工藝員的工作量(勞動強度)；較易地達到零件的精度要求；而宏程序的加工工藝是較優(yōu)的加工工藝，其走刀路線是采用最簡單的方式，實現(xiàn)最優(yōu)時間，因此采用宏程序加工有規(guī)律的孔系零件優(yōu)于其他的加工方式。

3 結(jié)束語

本文通過FANUC數(shù)控系統(tǒng)運用一種編程方法可以將宏程序直接作為主程序，也可以作為子程序。數(shù)控銑床模塊程序的建立，不僅解決實際加工中程序不可循環(huán)使用的難處，使得實際加工中更加靈活、方便，高效。

在數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)中，使用宏程序編程編出單一工序加工零件（如平面加工、斜面加工、輪廓加工、R面及R面過渡加工、球面加工等）的模塊化編程，突出宏程序具有通用性、易于修改參數(shù)以及程序可循環(huán)性的強大優(yōu)勢，其在數(shù)控銑床中加工平行四邊形框點式孔群零件中得以驗證。

[1][美]彼得·斯密德（Peter Smid）（著）.羅學(xué)科，趙玉俠，劉瑛，等（譯）.FANUC數(shù)控系統(tǒng)用戶宏程序與編程技巧[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

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The Application of NC Macro Program in NC Milling

SHEN Yi-li
(DepartmentofElectronic Information Engineering，Wuzhou University，Wuzhou Guangxi543002，China)

Macro program based on FANUC numerical control system,solve the problem of program unable recycle during the process.Modular programming can be directly as themain program,and also can be used as a subroutine,to make actual processing more agile and convenient,high efficiency.On the numerical control milling machine (machining center),macro programming is used tomake typical process of the modular instruction,such as convex platform,cant.Finally the modular instruction applied to parts——box point holes of parallelogram,to verify the advantages ofmacro program by simulation process.

macro program；NCmilling；modular program

G712

A

1672-545X（2013）04-0250-06

2013-01-05

申毅莉（1980—），女，碩士，講師，研究方向：CAD/CAM、數(shù)控加工技術(shù)。