宏程序在数控编程中的应用

1 手工宏程序编程与自动编程

数控编程是数控加工准备阶段的主要内容, 通常包括分析零件图样, 确定加工工艺过程;计算走刀轨迹, 得出刀位数据;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。随着数控技术的发展, 先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备 (G) 功能和辅助 (M) 功能, 而且为编程提供了扩展数控功能的手段。如FANUC、SI-EMENS等数控系统的宏程序与参数编程, 应用灵活, 形式自由, 具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程, 使加工程序简练易懂, 宏程序编程仍然属于手工编程, 他是手工编程的重要补充。

而对于普通编程难以实现的复杂曲面往往我们借助于CAM软件, 经过处理后生成加工程序, 称为自动编程。目前各种各样的CAM软件层出不穷, 自动编程固然在某些方面比较方便但仍不能取代手工编程。究其原因手工编程自由度大, 能按照编程者的意愿控制机床运动, 程序的可读性、可控性好;而CAM生成的程序非常繁长, 通常是手工编程的成千上万倍, 不仅占有的存储量大, 可读性和修调极为不便。

2 宏程序在典型零件加工中的应用实例

我们知道数控系统为用户提供了两种基本的插补功能, 那就是直线插补和圆弧插补, 那么对于形如椭圆、抛物线、或具有一定特征规律的轨迹就没有专门加工指令, 那我们如何去解决呢?这里我们如果掌握了宏功能, 就可以建立数学模型, 采用变量代换、运算、条件判断等功能指令来解决。

2.1 利用宏功能实现椭圆轮廓加工 (图1)

2.2 已知椭圆方程

2.2.1 数学分析

上述零件轮廓的铣削轨迹我们知道椭圆参数方程:。

我们可以设加工椭圆上的点对应角度θ为变量, 设定初始值:θ=a (起点与终点角度依据椭圆参数方程求出角度) 那么X和Y的坐标值为:X=a*cosθY=b*sinθ, 随着角度变量的不断增加:θ=θ+1设每步增大1度 (实际使用中可以根据要求改变步距) ;条件判断只要 (θ<=360) 那么X和Y的坐标值恒成立, 直到走满360度, 此时椭圆轨迹全部执行完。

2.2.2 以SIEMENS

802C系统指令为例编写程序 (编程坐标系原点取椭圆中心)

设置变量:R1为起点对应角度;

R2为椭圆长半轴;

R3为椭圆短半轴;

R4为终点对应角度;

S500 M03 T1D1, 启动机床。

G54 G00 X0 Y0 Z10, 快速运动到起始点。

MA1:G01 X=R2*COS (R1) Y=R3*SIN (R1) , 设置标志, 直线运动到目标点。

G01 Z-1 F100, 下刀铣削1MM深。

R1=R1+1, 角度变量递增。

IF (R1=

G00Z100, 加工完毕, 抬刀。

M30, 程序结束。

这个加工程序之后, 加工相同特征的零件程序, 只需要修改变量值。

2.3 宏程序加工圆弧均布孔 (图2)

在工程中常用圆弧均布孔的零件结构, 如下图所示, 在零件上加工n个圆弧均布孔。在图样上这些孔的中心坐标往往是不直接给出的, 在编程时需要逐点计算, 因而增加了许多工作量。圆弧孔用极坐标来描述比较简便, 但圆心不在坐标原点上, 普通编程是比较麻烦的。应用宏指令与宏程序编写圆弧均布孔加工程序就很简便了。

2.3.1 数学分析

已知:要加工n个孔, 孔所在圆周半径为R, 第一个孔与X轴的夹角为a, 那么我们利用几何知识很容易计算出每2个孔所 (图2) 。

夹的圆心角为:

, 那么第n个孔与X轴的夹角就为a+ (n-1) θ;则第n个所孔在X, Y的坐标值:

2.3.2 编写数控程序 (编程坐标系原点取分布孔的中心)

设置变量:R1为加工第几个孔, 1到n。

R2为孔所在圆周的半径值。

R3为第一个孔与X轴正方向的夹角。

R4为加工孔深度。

R5为总的加工孔数。

程序:S500 M03 G54G00 X0Y0Z50

2.4 标准矩形周边外斜面加工 (图3)

如下图所示一矩形工件, 长为X宽度为Y, 倒角高度为H, 倒角斜面与垂直面夹角为a。

2.4.1 数学分析

根据图中几何关系可以看出:若刀具上抬高度为h, 那么刀具向工件方向收缩h*tana, 则此时x, y方向的坐标值 (工件中心为编程原点) 为:

每走完一圈, Z爬升一次, 直至抬到工件上表面。

2.4.2 编写数控程序

编程坐标系原点取工件上表面的中心, 下刀点取工件的右上角, 由下至上逐层爬升, 以顺时针方向单向走刀。

设置变量:R1-矩形大端长度

R2-矩形大端宽度

R3-斜面与垂直面的夹角

R4-倒角高度值

R5-刀具半径值

R6-提升总高度

程序:S500 M03 G54 G90 G00 X0 Y0Z50

MA1:G01

, 刀具运动到右上角起点。

G01 Z=-R4+R6 F100, 刀具深度定位。

R6=R6+1, 每次提升1MM。

IF (R6=

G00Z100, 抬刀。

M30, 结束。

3 编制宏程序注意事项

在FANUC、SIEMENS系统中编写宏程序可以在机床数控系统的操作面板上直接用MDI方式, 也可以在计算机上编写程序, 通过RS-232接口传输到机床数控系统。程序编写原理基本一致, 都是通过设定变量、建立数学关系、条件判断和跳转指令来实现的。在宏程序编制时首先应准确确定逻辑关系式, 然后要与对应的变量赋值准确, 不能混淆。但对于不同的系统, 所允许使用的变量符号及范围都是有严格限制的, 要针对特定的系统准确区分。

摘要：宏程序是提高数控机床性能的一种特殊功能。对有规律形状零件的加工, 建立数学模型, 使用变量及赋值、变量间运算和程序跳转等功能编制程序, 逻辑严密、通用性强、结构简洁, 并具有很好的易读性和易修改性。该功能的存在大大地扩充了系统功能, 进一步提升了数控编程机动灵活的功能特点。

关键词：数控编程,宏功能,变量