数控铣床宏程序教学案例开发.pdf

模具制造技术 数控铣床宏程序教学案例开发+ 何玉山 湖南省永州职业技术学院( 湖南永州4 2 5 0 0 0 ) 【摘要】宏程序编程灵活、高效、快洁，是加工编程的重要补充，在不用C A M 软件情况下也 可以加工较为复杂的曲面，其强大的计算功能可以达到事半功倍的效果，本文通过教学实 例来说明其应用。 关键词：数铣；宏程序；教学实例；开发 中图分类号：T G 6 5 9文献标识码：B D e v e l o p m e n to fM a c r oP r o g r a mT e a c h i n g C a s ef o rC N C M i l l i n gM a c h i n e 【A b s t r a c t 】M a c r op r o g r a m m i n gi sf l e x i b l e ，e f f i c i e n t ，f a s ta n dc l e a ni sa ni m p o r t a n ts u p p l e m e n t t ot h ep r o c e s s i n gp r o g r a m m i n g ，w i t h o u tt h eC A Ms o f t w a r ec a na l s om a c h i n i n gc o m p l e xc u r v e d s u r f a c e ，t h ep o w e r f u lc a l c u l a t i o nf u - n e t i o nc a na c h i e v et w i c et h er e s u l tw i t hh a l ft h ee f f e c t ，t h i s p a p e rt h r o u g ht h et e a c h i n ge x a m p l e st oi l l u s t r a t ei t sa - p p l i c a t i o n K e yw o r d s ：C N Cm i l l i n g ；m a c r op r o g r a m ；t e a c h i n gc a s e ；d e v e l o p m e n t 1引言 数控铣床( 加工中心) 比数控车床至少多出一个 ( 或多个) 数控轴，同时有着比数控车床更丰富的G 代 码，如各种孑L 加工循环、镜像、缩放、旋转以及极坐标 编程等指令，常用于自动编程以及加工复杂的空间曲 面。如果将其结合宏程序编写一些零件的加工程序， 那就可以替代C A M 软件编程，提高加工效率和加工 质量，起到事半功倍的效果，下面以华中数控系统进 行说明。 2 曲面i j n - r 教学实例 2 1 球面插铣粗J j 口- r 及其精加工宏程序 下面分别介绍外球面的插铣粗加工及其精加工 宏程序。为了简化编程中的计算，粗加工也采用了球 头铣刀进行加工。 2 1 1 球面插铣粗加工宏程序 如图1 是所加工带球面工件及其插铣加工深度计 算示意图。球面插铣粗加工宏程序编写中一个主要 问题就是插铣加工各点位对应Z 坐标值的标值的计 算。由于是采用球头铣刀加工，如按刀心编程，刀心 在球面所在x 、y 范围内插铣，极限位置将落在相当于 半径被放大了一个球头刀半径的球面上，则z 坐标值 计算就被简化为：当x 、y 坐标所决点位分布半径p ： 刀心极限位置分布球面 、 驴 甍 一矿弋 一次矩形循环插铣 ， r i1 干队 y I 、 ， ：捌+ 掣 术湖南省永州市科技项目宏程序在数控加工的应 用与研究结题论文，课题编号：2 3 。 图1 球面零件及其插铣加工深度计算示意图 8 2 模具制造) ) 2 0 1 6 年第1 0 期 万方数据 模具制造技术 P = 压2 + y 2 大于等于放大后的球面最大半径R + r ( 参见工件图示意) 时，Z 坐标按R 取值( 为负值) ；而当 其小于此值时，z 值按下式计算： z ：兀而F 丽尺 其中( 尺+ r ) 2 一( 戈2 + ，2 ) 即图中所标注的z ，加工路 线设计按从外向内正方形环切方式布置，刀位点为球 刀球心。因此四边上对应呈轴对称及旋转对称的点， 均布在同一圆周上，也是在同一水平面上，其插切深 度z 值相等。可只对一环内半个边长上各点z 值预作 计算并储存( 计算循环) ，在加工循环中再按规律取数 加工( X 、Z 坐标值计算只涉及简单乘法( 加法也可 行) ，计算较简单不必预算储存，边算边加工即可) ，这 样可简化计算量，同时先算后加工也能提高程序执行 效率。四边依次取数加工时，两邻边比较，一边只移 动x 坐标，另一边则只移动l ，坐标；而对边比较，则移 动坐标相同，差别仅在于一边的移动坐标值由最大负 值( 正值) 渐渐变为正值( 负值) ，另一边则刚好相反。 根据以上分析，插铣加工循环编程时可以只对相 邻两边分别编写加工循环，该两个循环又嵌套人一个 大的循环中，大循环将被执行两次，两次的差别仅在 于移动坐标值时反号，这用条件分支语句较容易实 现；同一边加工循环要取用半个边上点位z 值，程序 中也要用条件分支语句实现重复取用。由于零件对 称的特点，可以通过如上拟定方案实现一套预算数据 多次重复使用。 以下是按此思路编写的球面加工宏程序示例( 附 W H I L E 3 G E 0 # 4 = 0 ；球半径R = 4 0 ；球头铣刀半径r = 5 ；1 2 毛坯边长0 5 B = 5 0 ；插铣循环次数；以下是插铣加工z 坐标计算循环 ；计算到球冠中心点为止 ；插铣循环半边长上各点z 值计算 储存循环从边中点开始 W H I L E # 4 L E # 3 # 3 4 = 【# 3 + # 3 】+ _ f 4 十# 4 ；将( x 5 ) 2 + ( ) 5 ) 2 值赋值给变量# 3 4 # 1 0 = # 0 + # l I F # 3 4 + 2 5 G E # 1 0 + # 1 0 # 1 0 0 + # 4 】_ 一# 1 0 E L S E ；球半径+ 球刀半径R + r ；假如X 、Y 的平方和大于# 1 0 的平方 ( 超出球面范围) ；插铣深度z 按底平面定 ；否则z = 而磊F 丽万习丽 # 【1 0 0 + # 4 = S Q R T 【# 1 0 + # 1 0 2 5 4 # 3 4 卜# 1 0 E N D I F # 4 = # 4 + 1 E N D W G O X # 3 4 5 # 5 = 0 ；相邻两边插铣大循环 W H I L E # 5 L E1 ；循环两次 I F # 5 E Q 0 ；以下分支语句 使平行边上加工坐标反号 # 8 = 一1 E L S E 群8 = l E N D I F 撑6 = # 3 1 ；与y 轴平行边上的加工循环 W H I L E # 6 G E 一# 3 】 G 81Y # 8 4 _ f 6 4 5 1 Z # 10 0 + A B S # 6 I I R 5 F S 0 # 6 = # 6 一l E N D W # 6 = # 3 一l ；与X 轴平行边上的加工循环 W H I L E # 6 G E 一# 3 G 81X 一# 8 + # 6 4 5 1 Z # IO O + A B S # 6 R 5 F 5 0 # 6 = # 6 一l E N D W # 5 = # 5 + l E N D W # 3 = 拌3 一l E N D W G 8 1 X O Y O Z O ；中心再插铣一刀，加 ：二到位 G O Z l 0 0 M 3 0 过程截图见图2 所示，仿真结果及其刀路见图3 所示。 模具制造) ) 2 0 1 6 年第1 0 期 8 3 一一一躺一一一一一|言一 万方数据 模具制造技术 2 1 2 球面及底面精加工宏程序 球面精加工也用球头铣刀加工，球面部分按等参 数角计算刀路，以保证球面上刀间距离均匀；底部平 面按圆环轨迹等距加工，遇毛坯正方形轮廓边界则自 动截止，以快速进给方式连接轨迹使完整连续，中间 增加提刀降刀动作。利用边界限制，可使空刀少，效 率高。 以下是球面及底面精加工宏程序： 0 5 6 7 8 # 0 = 4 0 # l = 5 # 2 = 5 0 T 1 M 6 M 3 S 1 2 0 0 G 5 4 G O Zl o o X O Y 0 Z l O G 1 2 5 F 1 0 0 # 1 0 = # o + 群l # 3 = 1 w H I L E # 3 L E 9 0；加工球面循环 # 4 = # 1 0 * S I N # 3 4 P U l 8 0 】 ；计算x ( = 尺) 值 # 5 = # l O + 【C O S 降3 + P I ，1 8 0 卜l 】 ；计算z 值 G O X # 4 】 G 1 Z # 5 G 2 X - # 4 R # 4 X 【# 4 R # 4 】 # 3 = # 3 + 1 E N D W # 4 = # 4 + 0 5 W H I L E # 4 L E S Q R T 2 I * # 2 】 ；加工底面循环 I F # 4 L E # 2 ；如社4 小于等于毛坯边长之半 G 1 X # 4 】 G 2 X - # 4 R # 4 】 G 2 X # 4 R # 4 E L S E # 6 = S Q R T # 4 + # 4 一# 2 + # 2 G O G 9 1 Z O 2 G 9 0 X # 2 Y - # 6 G 9 1 G l Z 一0 2 G 9 0 G 2 X # 6 Y 一# 2 1 R # 4 】 G 9 1 G O Z 0 2 G 9 0 G O X - # 6 G 9 1 G 1 Z 一0 2 G 9 0 G 2 X 一# 2 1 Y - # 6 R # 4 G 9 l G O Z 0 2 G 9 0 Y # 6 】 G 9 l G l Z 一0 2 G 9 0 G 2 X - # 6 Y # 2 R # 4 】 G 9 l G O Z 0 2 G 9 0 X # 6 G 9 1 G l Z 一0 2 G 9 0 G 2 X # 2 Y # 6 R # 4 】 E N D I F 菲4 = 社4 + 0 5 E N D W G O G 9 0 X # 2 】Y # 2 + # 1 】 G 1 z - # 0 + # 1 】 G 1 Y - # 2 X - # 2 Y 【# 2 】 X 【# 2 G O Z l 0 0 X O Y 0 M 3 0 ；加工整圆( 两段半圆弧) ；若撑4 大于毛坯边长之半 ；先计算交点坐标 ；提刀 ；快速移动 ；降刀 ；圆弧插补 ；以下基本同前 ；铣四周边 用该程序进行仿真，仿真效果及其刀路图见图4 和图5 所示。 _ 8 4 模具制造) ) 2 0 1 6 年第1 0 期 万方数据 模具制造技术 图5 球面精加工刀路图 2 2 立铣刀粗精加工“十字圆柱贯球 宏程序 “十字圆柱贯球”如图6 所示零件所取零件名称， 即十字相交的两个圆柱与中间圆球相贯。 图6 十字圆柱贯球零件不意图 2 2 1十字圆柱贯球立铣刀数控粗加工宏程序 本零件粗加工采用q b l O m m 圆柱铣刀加工。综观 零件结构，可按z 向高度范围分为两部分进行，即十 字圆柱顶部以上球冠部分的加工和圆柱与球相贯部 分。球冠部分，拟按等高加工方式进行，同层采用由 外向内环切方式安排刀路。在此高度范围内，零件截 面为不等径圆截面，刀路安排可按外围走正方形轮 廓，在正方形边长等于截面直径时该走圆弧，最后角 部走4 5 。线清残。对于球柱相贯部分，可以将两柱与 球围成的四块相同凹陷区域视为边部开放的凹槽，编 写一个凹槽加工子程序，再用旋转指令调用就可完成 四个凹槽加工。凹槽子程序采用单向行切方式加工， 最后沿截面轮廓清根。 以下是按此编程思路编写的零件粗加工宏程序 及简释( 球径g b 5