宏程序嵌套編程在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用

鄭向周 楊 冰

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宏程序嵌套編程在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用

鄭向周 楊 冰

(運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 山西運(yùn)城 044000)

宏程序是數(shù)控編程的高級(jí)語(yǔ)言。用戶宏程序通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算，再通過(guò)條件循環(huán)語(yǔ)句以及程序嵌套的綜合運(yùn)用，可以用較少的編程語(yǔ)句完成較大的編程工作，減少了手工編程時(shí)繁瑣的數(shù)值計(jì)算。實(shí)現(xiàn)了橢圓、拋物線、雙曲線等曲線編程，又能通過(guò)參數(shù)改變進(jìn)行零件形狀的改變，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床智能、高效、柔性、自動(dòng)化的特點(diǎn)，擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

宏程序 銑削加工 倒角 橢圓

機(jī)械零件邊緣輪廓根據(jù)需要經(jīng)常設(shè)計(jì)成倒棱或圓角形狀?；剞D(zhuǎn)類工件在車床上進(jìn)行倒(圓)角加工是容易實(shí)現(xiàn)的，非回轉(zhuǎn)形狀的倒(圓)角可以在數(shù)控鏜銑床上進(jìn)行加工。對(duì)于輪廓形狀比較簡(jiǎn)單、手工編程容易實(shí)現(xiàn)的形狀，可以用倒(圓)角成型刀具進(jìn)行加工，但需要準(zhǔn)備不同類型的刀具，其成本較大且不具備柔性加工能力。也可以借助CAD/CAM軟件進(jìn)行自動(dòng)編程[1]，實(shí)現(xiàn)輪廓插補(bǔ)功能，但程序冗長(zhǎng)且效率不高。以下就嘗試用宏程序變半徑補(bǔ)償及嵌套功能的編程方法實(shí)現(xiàn)任意形狀的倒(圓)角加工。

1 用球頭銑刀加工任意圓角及倒角的方法

在數(shù)控銑床上進(jìn)行倒(圓)角實(shí)際上是一種兩軸半加工，通過(guò)刀具切削深度的變化實(shí)現(xiàn)層加工，刀具半徑補(bǔ)償值的變化實(shí)現(xiàn)所要求的倒(圓)角形狀擬合，其刀具軌跡類似地圖中的等高線。華中數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于半徑補(bǔ)償設(shè)置有兩種方法，可以在刀補(bǔ)表中設(shè)立刀補(bǔ)半徑值，通過(guò)G41或G42的調(diào)用實(shí)現(xiàn)，適用于刀具半徑補(bǔ)償值不變的狀態(tài)；也可以用#100～#199全局變量來(lái)定義半徑補(bǔ)償量[2]，賦值與變量，使其在循環(huán)中變化，實(shí)現(xiàn)刀具半徑補(bǔ)償?shù)牟粩喔淖?，從而改變刀具的徑向加工軌跡。以下推導(dǎo)使用球頭銑刀加工倒(圓)角時(shí)，刀具切削位置和變量之間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。

1.1 圓角的加工

如圖1所示，要將圓弧加工出來(lái)，刀具從位置運(yùn)動(dòng)到位置。設(shè)所加工圓角半徑值，刀具半徑，得到刀具深度切削值隨變量變化關(guān)系為：

在圓角底部刀具半徑補(bǔ)償值為，在頂部刀補(bǔ)值為-, 得到刀具半徑補(bǔ)償隨變量變化關(guān)系式為：

從0°增加至90°可以將圓角擬合加工完成。

數(shù)控系統(tǒng)循環(huán)語(yǔ)句的格式為：

運(yùn)用到本例，程序如下：

1.2 倒角的加工

如圖2所示，加工的倒角尺寸高,角度。銑刀刀位點(diǎn)在球頭圓心處。在起刀位置，銑刀與倒角延長(zhǎng)線相切。

圖2 倒角的加工

根據(jù)幾何關(guān)系得到銑刀刀位點(diǎn)1尺寸：

設(shè)上平面為零面，終止位置高度尺寸2:

2=· cos

工件上平面定位零位置，設(shè)銑刀層升高變量值，得到刀具切削高度隨變量的變化關(guān)系：

=(1-)+

起始位置刀補(bǔ)半徑值為，抬刀則刀補(bǔ)半徑縮小/tan,隨變量變化規(guī)律：

#101=-/tan

運(yùn)用宏程序循環(huán)語(yǔ)句得到程序如下：

2 宏程序加工橢圓方法

數(shù)控編程未對(duì)橢圓、拋物線等數(shù)學(xué)可表達(dá)曲線提供編程指令，但是利用宏程序功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些曲線輪廓插補(bǔ)的功能。以下給出橢圓宏程序編程方法，其他曲線編程方法類同。

3 用宏程序嵌套方法加工斜橢圓倒圓角

如圖3所示，輪廓的倒圓角，橢圓長(zhǎng)半軸35，短半軸20，順轉(zhuǎn)45°。通過(guò)循環(huán)嵌套的使用，橢圓插補(bǔ)程序?yàn)閮?nèi)循環(huán)，倒圓角為外循環(huán)，實(shí)現(xiàn)層疊加工將圓角擬合而成。

圖3 傾斜 45°的橢圓

如圖4所示，采用普通平底銑刀進(jìn)行加工。刀具的刀位點(diǎn)為刀具中心，刀尖從位置運(yùn)動(dòng)到位置，得到刀具切削深度公式：

刀補(bǔ)半徑補(bǔ)償起始值為，層加工到位置時(shí)可以看出向加工方向靠近(-·cos)，所以刀補(bǔ)半徑值的變化式：

#101=-(-·cos)

本例用12銑刀加工5圓角，完整的應(yīng)用程序如下：

%0001

N10 G00 G40 G49 G5400100

N20 M03 S500 M07

N30 G6800 P45

N4040

N5060-60

N60 G01-5 F100

N70 #1=6；刀具半徑

N80 #2=5；圓角半徑

N90 #3=0；圓弧擬合初始角0°

N100 WHILE #3 LE 90；圓角加工外循環(huán)開(kāi)始

N110 G01 Z[#2*SIN[#3*PI/180]-#2]；定刀具深度

N120 #101=#1-[#2-#2*COS[#3*PI/180]]；變刀補(bǔ)半徑

N130 G0135 G42 D101；加刀補(bǔ)

N1400

N150 #4=0；橢圓步距角初始值0

N160 #5=35；橢圓長(zhǎng)半軸

N170 #6=20；橢圓短半軸

N180 WHILE #4 LE 360；橢圓插補(bǔ)內(nèi)循環(huán)開(kāi)始

N190 G01X[#5*COS[#4*PI/180]]

Y[#6*SIN[#4*PI/180]](按參數(shù)方程進(jìn)行輪廓插補(bǔ))

N200 #4=#4+1；橢圓插補(bǔ)步距角為1°

N210 ENDW；內(nèi)循環(huán)結(jié)束

N220 #3=#3+3；圓弧擬合步距角3°

N230 ENDW；外循環(huán)結(jié)束

N240 G0050

N25000 G40

N260 G69

N270 M05 M30

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)用宏程序完成倒(圓)角編程的闡述，并以旋轉(zhuǎn)45°橢圓形狀倒圓角為例進(jìn)行了講解，充分利用了數(shù)控銑削功能指令。參數(shù)化編程作為手工編程的擴(kuò)充，增強(qiáng)了零件加工程序的可讀性與靈活性，擴(kuò)展了數(shù)控系統(tǒng)的使用功能[3]，為解決一些特殊結(jié)構(gòu)零件的加工提供了一種新的思路。

[1] 倪春杰.變半徑補(bǔ)償宏程序在輪廓倒圓角中的應(yīng)用[J]. 蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,9(2):19-20.

[2] 武漢華中數(shù)控股份有限公司.世紀(jì)星銑床數(shù)控系統(tǒng)編程說(shuō)明書[Z].2009.

[3] 盧培文.參數(shù)化編程在數(shù)控銑削中輪廓倒圓角的應(yīng)用[J].金屬加工,2008(2):37-38.