数控铣削工艺与编程_教学课件_胡翔云 龚善林 冯邦军 模块六

在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 数控铣削工艺与编程 模块六 曲面加工工艺与编程 胡翔云 龚善林 主编 人民邮电出版社 出版 2013年10月1日 直纹面、规则曲面、空间轮廓表面的加工方法。 宏变量及其运算。 转移和循环语句。 用户宏调用指令及其用法。 宏程序在数控铣削编程中的应用。 任务一 学习曲面加工基本工艺 一、直纹面加工 直纹面可以展开成平面，严格来说，可以划归平面加工一类。对于直母线的翼 面类零件，采用图6-1（b）所示的方案较为有利。每次沿直线进给，刀位点计 算简单，程序段数目少，而且加工过程符合直纹面的形成规律，可以保证母线 的直线度。图6-1（a）所示方案的优点是便于加工后检验翼型的准确度。因此 ，实际生产中最好将以上两种方案结合起来。图6-1（c）所示的环切方案一般应 用在型腔加工中，在型面加工中由于编程麻烦而应用较少。但在加工螺旋桨叶 轮一类零件时，工件刚度小，加工变形问题突出。采用从里到外的环切，刀具 切削部位的四周受到毛坯刚性边框的支持，有利于减少工件在加工中的变形。 （a） （b） （c） 对于直纹面的加工，可以采用手工直接编程 二、规则曲面的加工 图6-2 二轴半层切法 加工的刀具轨迹 规则曲面有球面、锥面、柱面、抛物面、双曲面、椭球面等。这些规则曲 面的加工可采用数控变量编程（宏程序）来完成。 数控机床加工这类零件时，可用球头刀或立铣刀，采用二轴半层（行）切 法加工（X、Y、Z三轴中任意二轴作联动插补，第三轴做单独的周期进刀，称为 二轴半坐标联动），即刀具沿XY平面运动一周，按照切削零件轮廓的方式加工 出一平面曲线，然后在Z方向上移动一个层距Z，再加工出一个新的平面曲线 ，直到整个曲面形状加工完成。图6-2所示为圆锥体采用二轴半加工刀具切削轨 迹。由于球刀与锥面均为规则曲面，容易求得刀具运动轨迹方程， 因而可采用宏程序编程。 由于球刀与锥面均为规则曲面，容易求得刀具运 动轨迹方程，因而可采用宏程序编程。 三、空间轮廓表面的加工 1二轴半加工 如图6-3所示，将X向分成若干段，球头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣 削，每段加工完成进给X，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工 整个曲面。在行切法中，要根据轮廓表面粗糙度的要求及刀头不干涉相邻表面 的原则选取X。行切法加工中通常采用球头铣刀或指状铣刀。球头铣刀的刀 头半径应选得大些，有利于散热。用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的 数据进行编程。图6-4所示为二轴半坐标加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图 。 图6-3 曲面行切法 图6-4 二轴半坐标加工 由于二轴半坐标加工的刀心 轨迹为平面曲线，故计算不太复 杂。常用在曲率半径变化不大及 精度要求不高的粗加工中。 2三轴联动加工 图6-5所示为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲 线，可用空间直线去逼近。因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数 控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。 图6-5 回珠器示意图 3四轴联动加工 如图6-6所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动 加工，则只能用球头刀，不仅效率低，而且加工表面粗糙度差。为此，可使用 圆柱铣刀，采用周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。即除3个直线坐标 轴运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O1O2做摆角 运动。由于摆角运动导致直线坐标轴（图中Y轴）需做附加运动，计算较复杂 ，故一般采用自动编程。 图6-6 飞机大梁 图6-7 船用螺旋 桨加工 4五轴联动加工 如图6-7所示的船用螺旋桨是五坐标联动加工的典型零件之一。由于其曲 率半径较大，一般采用端铣刀进行加工，为了保证端铣刀的端面与加工处的曲 面的切平面重合，铣刀除了需要3个直线轴运动（X、Y、Z）外，还应做螺旋角 i（与R有关）与后倾角j的摆动运动，并且还要做相应的附加补偿。所以，叶 面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能利用自动编程系统 。 任务二 学习宏程序基本知识 通常将程序中含有变量及其表达式的程序称为宏程序。宏程序可以编制成子 程序登录在内存中，再把这些功能用一个命令作为代表，执行时只需写出这个 代表命令，同时给有关变量赋值，就可执行其功能。所登录的一群命令称为用 户宏主体（或用户宏程序），简称用户宏指令（Custom Macro）。这个代表命 令称为宏调用命令。使用时，用户只需会使用用户宏命令即可，而不必理会用 户宏主体。宏程序也可编制成一般的加工程序，其中的变量需直接在程序中适 当位置赋值。 FANUC 0i系统宏程序分为A类宏程序和B类宏程序，由于A类宏程序极不直 观，可读性差，用户乐于配置B类宏程序。故本节仅介绍B类宏程序 一、变量及其运算 1变量的表示 宏程序中的变量用符号“#”加变量号表示，如#1、#2等。表达式可 以用于指定变量号。此时表达式必须封闭在括号中。例如，#1+#2-12。 2变量的引用 将跟随在一个地址后的数值用一个变量来代替，即引入了变量。 例如：对于#103，若#103=50，则为F50； 对于Z-#110，若#110=100，则Z为-100； 对于G#130，若#130=3，则为G03； 对于X#30，若#30=3，#3=100，则X为100。 3变量的分类 （1）空变量（#0） 空变量总为空，没有值能赋给该变量。 （2）局部变量（#1#33） 局部变量就是在宏内可被局部使用的变量。在某一时刻调用的宏中的局 部变量#i和在另一时刻调用的宏（不管是当前的宏还是别的宏）中使用的#i不是 同一变量。局部变量在断电时清空，调用宏程序时，代入变量值。 （3）公共变量（#100#199、#500#999） 公共变量是在主程序、从主程序调用的各子程序、各个宏之间通用。也 即在某一宏中使用的#i与在其他宏中使用的#i是同一个变量。 （4）系统变量 系统变量是数控系统中已被规定了固定用途的变量。如FANUC 0i系统中 #13001#13400用于刀具补偿量，编程中可通过向系统变量赋值，更新刀具半 径补值。如#13001=6.0，相当于D01对应的刀具偏置寄存器中的半径补偿量为 6.0。 4算术逻辑运算 #i=#j #i=#j+#k #i=#j-#k #i=#j*#k #i=#j/#k #i=SIN#j #i=ASIN#j #i=COS#j #i=ACOS#j #i=TAN#j #i=ATAN#j 定义、置换 加法 减法 乘法 除法 正弦 反正弦 余弦 反余弦 正切 反正切 平方根 绝对值 舍入 指数函数 （自然）对数 上取整 下取整 与 或 异或 从BCD转为BIN 从BIN转为BCD #i=SQRT#j #i=ABS#j #i=ROUND#j #i=EXP#j #i=LN#j #i=FIX#j #i=FUP#j #iAND#j #iOR#j #iXOR#j #i=BIN#j #i=BCD#j 二、转移和循环语句 1宏程序非模态调用 当指定G65时，调用以地址P指定的用户宏程序，数据（自变量）能 传递到用户宏程序中，指令格式为 G65 P_L_； 其中，P为要调用的程序号；L为宏程序被重复调用的次数（默认值为 1）。 图6-8所示为主程序O1301调用用户宏O9011时程序执行流程及数据 传递情况。其中，实线箭头表示执行顺序，虚线箭头表示数据传递（赋值） 情况。 2宏程序模态调用与取消 当指定G66时，则指定宏程序模态调用，即指定沿移动轴移动的程序段后 持续调用宏程序（直到被G67取消）；G67取消宏程序模态调用。指令格式与 非模态调用G65相似 3自变量赋值 在用G65调用用户宏时，宏主体中自变量的赋值有两种规则：第类 自变量赋值和第类自变量赋值。 任务三 宏程序在数控铣削加工中的应用 【例6-1】 某零件上有如图6-10（a）所示的椭圆凸台轮廓需要加工，请编制该 零件上椭圆轮廓的精加工程序。 O0001 #4=5.0； 定义刀具半径R值 #1=20.0； 定义a值 #2=10.0； 定义b值 #3=0； 定义角的初值，单位：度 N1 G92 XO YO Z10.0； N2 M03 S1000； N3 G00 X2*#4+#1Y2*#4+#2； N4 G01 Z-3.0 F100； N5 G41 X#1D01； N6 WHILE #3 GE -360 DO1；当360 N7 G01X#1*COS#3Y#2*SIN#3； N8 #3=#3-5； 每次循环减少5 END1； 直至-360结束循环 G01 G91 Y-2*#4； 切线方向退刀 G90 G00 Z10.0； 抬刀 G40 XO YO； M05； M30； 【例6-2】 在数控铣床上用12球头刀对图6-11所示凹球面进行精加工。要 求编制参数化程序，以适应不同半径球面的精铣加工。 解：在球面上的XZ截面上任取一点M。设凹球面半径为R，球刀半 径为D，点M与球心的连线OM与水平线的夹角为，球刀切削点M时刀心P 的坐标为： x=（RD）cos z=（RD）sin 在宏程序中，用#18、#7 表示R、D，用#19代表球刀 分层切削每次循环的角步距 S，用#107代表，则宏程 序编制如下： O0003； G90 G54 G0 X0 Y0； Z5.0； M08； M03 S900； G65 P9800 R35.0 D6.0 S5.0； 用G65宏指令调用宏 O9800 G0Z5.0 M09； G91 G28 Z0； M30； O9800； 宏主体 #103=#18- #7； 计算（R-D） #104=#19； 给角a赋初值，#19定义为角步距S G0 X#103； G01 Z0 F120； WHILE #104 LE 90 DO1； #110=#103*COS#104； 计算x #120=#103*SIN#104； 计算z G1 X#110 Z-#120F80； 进刀切削至M点 G2 I-#110； 在XY平面内切削一个整圆 #104=#104+#18； 每循环一次角度增加一个角步距（角 步距大小由主程序中对应字母S赋值） END1； M99； 【例6-3】 请根据如图6-12（a）所 示凸台零件形状编制凸台上R5倒圆角 曲面的加工程序。 Z（A）=25+#3+#1*SIN#2 #13001=ABS#3+#1*COS#2-#3 O0001 G54 G90 G17 G00 X0 Y0 Z150.0； Z30.0； G01 X-30.0 Y-30.0 Z25.0； M03 S1000； #3=5.0； #1=4.0； #2=180.0； WHILE #2 GT 90 DO1； G01 Z25.0+#3+#1*SIN#2 F100 #13001=ABS#3+#1*COS#2-#3 G01 G41 X-20.0 D01； Y14.0； G02 X-14.0 Y20.0 R6.0； G01 X14.0； G02 X20.0 Y14.0 R6.0； G01 Y-14.0； G02 X14.0 Y-20.0 R6.0； G01 X-14.0； G02 X-20.0 Y-14.0 R6.0； G01 X-30.0； G40 Y-30.0； #2=#2-10.0； END1； G00 Z150.0； X0 Y0； M05； M30； 1宏程序的报警 系统变量#3000可以用于宏程序错误条件的报警，变量#3000后必须跟 一个报警号。必