（机械工程专业论文）基于华中世纪星数控系统宏程序研究.pdf

、 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于华中世纪星数控系统宏程 序研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：盏鲨錾二 日期： 关于学位论文使用授权的说明 蠢s 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：o 娑乡矿导师签名： 日期： 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着数控技术以及计算机辅助制造软件的迅速发展，在数控编程方 面，手工编程越来越多的被计算机自动编程所取代，从而使大家慢慢忽略 了手工编程特别是宏程序的重要性，一个宏程序可以很方便地编制三维曲 面的加工程序，而且程序非常简洁，通用性好，对于相同形状、不同尺寸 的零件，只要在调用宏程序时赋不同的数值即可。本文简要分析了宏程序 的基础理论知识及应用，从宏程序的技术规则入手，对宏程序的实质所在加 以分析，并对宏编程的子程序调用、铣削加工动态刀补实现、空间轨迹宏编 程加以讨论，并以实例的形式加以具体阐述，最后，对宏指令扩展的二次开 发技术做了初步探讨。 关键词：宏程序，数控加工，手工编程 a b s t r a c t w i t hc n c t e c h n o l o g y a n dt h e r a p i dd e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r - a i d e d m a n u f a c t u r i n gs o f t w a r e ，i n t h en cp r o g r a m m i n g , m a n u a l p r o g r a m m i n g a l e i n c r e a s i n g l yb e i n gr e p l a c e db yc o m p u t e ra u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m e d ，s ot h a ts l o w l y e v e r y o n ei g n o r e d t h em a c r op r o g r a mf o rm a n u a l p r o g r a m m i n g ，e s p e c i a l l yt h e i m p o r t a n c eo fam a c r op r o g r a m sc a nb ee a s i l yp r e p a r e dt h r e e d i m e n s i o n a ls u r f a c e p r o c e s s i n gp r o c e d u r e s ，b u tp r o c e d u r e sa r ev e r ys i m p l e ，c o m m o ng o o d ，f o rt h es a m e s h a p e ，d i f f e r e n ts i z e so fp a r t s ，j u s tc a l lt h em a c r op r o g r a mc a l lb ea s s i g n e dd i f f e r e n t v a l u e s t h i sa r t i c l eb r i e f l ya n a l y z e st h eb a s i ct h e o r i e so fm a c r op r o g r a mk n o w l e d g e a n da p p l i c a t i o no ft e c h n i c a lr u l e sf r o mt h em a c r op r o g r a m ss t a r t 、析t ht h ee s s e n c eo f m a c r op r o g r a ma n a l y s i s ，a n dm a c r op r o g r a m m i n gs u b r o u t i n ec a l l s ，m i l l i n gt oa c h i e v e d y n a m i ck n i f ef i l lt h es p a c et r a j e c t o r ym a c r op r o g r a m m i n gb ed i s c u s s e da n dt ob e s p e c i f i c a l l ya d d r e s s e di nt h ef o r mo fe x a m p l e s ，f i n a l l y , o nt h em a c r oe x p a n s i o no f t h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g yh a sd o n eap r e l i m i n a r ys t u d y a jj j a n _ j u n ( m e c h a n j c a le n g i n e e d n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e nl i - x i n k e yw o r d s ：m a c r o p r o g r a m s ，c n cm a c h i n i n g , m a n u a lp r o g r a m m i n g 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章宏程序应用概述1 1 1 宏程序应用的背景l 1 2 宏程序的相关概念1 1 3 宏程序编程的技术特点2 1 4 论文的结构框架：4 第二章宏编程的数学基础5 2 1 曲线的标准方程和参数方程：5 2 2 图素的几何变换5 2 2 i 平移变换5 2 2 2 旋转变换5 2 2 3 对称( 镜像) 变换6 2 3 方程曲线的逼近计算方法6 2 3 i 等间距直线逼近的节点计算6 2 3 2 等弦长直线逼近的节点计算6 2 3 3 等误差直线逼近的节点计算7 2 3 4 圆弧拟合法8 第三章宏编程技术规则9 3 i 宏程序的基本原理9 3 2 华中世纪星宏编程的技术规则1 0 第四章车削宏编程技术及其应用1 2 4 1 车削加工的宏编程技术概述1 2 4 2 车削的宏编程应用实例1 2 4 2 1 椭圆类零件的宏程序1 2 华北电力大学工程硕士学位论文目录 4 3 2 双曲线过渡类零件的宏程序1 4 4 2 2 抛物线类零件的宏程序1 7 4 2 3 多曲线段车削零件的粗、精加工1 9 4 3 宏编程的子程序调用及传值2 2 4 4 本章小结2 5 第五章铣削宏编程技术及其应用2 6 5 1 铣削加工的宏编程技术2 6 5 2 铣削加工动态刀补的实现2 6 5 3 均布孔加工的宏编程实例2 8 5 4 空间轨迹的宏编程加工3 1 5 4 1 两个相互垂直椭圆柱面3 1 5 4 2 双曲线回转面3 2 5 5 本章小结；3 4 第六章系统编程指令功能扩展的宏实现3 5 6 1 编程指令功能扩展的对象3 5 6 2 扩展编程的技术基础3 5 6 3 编程指令功能扩展示例3 8 6 3 1 圆形阵列钻孔的扩展编程示例3 8 6 3 2 矩形挖槽的扩展编程示例4 3 6 4 本章小结4 9 第七章总结5 0 参考文献5 1 致谢5 3 攻读工程硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况5 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章宏程序应用概述 1 1 宏程序应用的背景 改革开放以来，中国制造业的发展非常迅速，总规模已经位居全球前位，在国 际上的比较优势非常明显。目前，作为我国国民经济的支柱产业，制造业是我国经济 增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托，制造业是我国 城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现；作为过去2 0 多年我国综合国力提 高的主要标志，制造业的全面发展和优化升级使得我国已经初步确立了“制造大 国 的地位，并为实现向“制造强国”的转变奠定了坚实的基础。 数控编程作为数控加工的关键技术之一，其程序的编制效率和质量在很大程度 上决定了产品的加工精度和生产率。尤其是随着数控加工不断朝高速、精密方向的 发展，提高数控程序的编制质量和效率对于提高制造企业的竞争力有着重要的意 义。随着c a d c a m 软件的不断普及应用，数控编程的模式逐渐由自动编程取代手工 编程。但c a m 软件编程和手工编程有着各自的特长，且现有的c a m 软件不能满足所 有数控系统的特殊功能。因此，充分结合这两种编程模式，对于提高编程的效率和 质量有着重要的意义。 目前，国内企业使用的数控机床大多是普通数控机床和少量的高精密数控机 床。对于传统的普通数控机床，存在着内存容量有限，无法实现高速切削加工等缺 陷：因此，最大限度地发挥普通数控机床的加工效率，编制简洁合理的小容量数控 程序，使加工程序变得简洁，对现实加工来说，有着很重要的现实意义。 1 2 宏程序的相关概念 在手工编制数控机床程序中，经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那 样存入存储器，用一个总指令来代表它们，使用时只要给出这个总指令就能执行其 功能。所存入的一系列指令称作用用户宏功能主体，这个总指令称作用户宏功能指 令。一般意义上所讲的数控指令其实是指i s o 代码指令，其功能是固定的，由系统 生产厂家开发，使用者只能按照规定编程。但有时候这些指令满足不了用户的需求， 系统因此提供了用户宏程序功能，使用户可以自己扩展数控系统的功能。这实际上 是数控系统对用户的开放，也可视为用户利用数控系统提供的工具，在数控系统的 平台上进行二次开发。 在编程时，不必记住用户宏功能主体所包含的具体指令，只要记住用户宏功能 指令即可。用户宏功能的最大特点是在用户宏功能主体中能够使用变量；变量之间 还能够进行运算；用户宏功能指令可以把实际值设定为变量，使用户宏功能更具通 用性。可见，用户宏功能是提高数控机床性能的一种特殊功能。宏功能主体既可由 华北电力大学工程硕士学位论文 机床生产厂提供，也可机床用户自己编制。使用时，先将用户宏主体像子程序一样 放到内存里，然后用子程序调用指令m 9 8 调用。 用户宏程序与普通程序的区别在于：在用户宏程序本体中，能使用变量，可以 给变量赋值，变量间可以运算，程序运行可以跳转。而普通程序中，只能指定常量， 常量之间不能运算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的，不能变化。 编程人员不必记忆用户宏程序主体的一组命令。只记忆作为代表命令的用户宏 程序命令即可，用户宏程序的最大特点是在用户宏程序主体中，可以进行变量间的 运算，用宏命令可以给变量设定实际值。 1 3 宏程序编程的技术特点 尽管使用各种c a d c a m 软件来编制数控加工程序已经成为潮流( 或主流) ，但手 工编程毕竟还是基础，各种“疑难杂症 的解决往往还要利用手工编程；且手动编 程还可以使用变量编程，即宏程序的运用。其最大特点就是将有规律的形状或尺寸 用最短的程序段表示出来，具有极好的易读性和易修改性，编写出的程序非常简洁， 逻辑严密，通用性极强，而且机床在执行此类程序时，较执行c a d c a m 软件生成的 程序更加快捷，反应更迅速。 宏程序具有灵活性、通用性和智能性等特点，例如对于规则曲面的编程来说， 使用c a d c a m 软件编程一般都有工作量大、程序庞大、加工参数不易修改等缺点， 只要任何一项加工参数发生变化，再智能的软件也要根据变化后的加工参数重新计 算刀具轨迹。尽管软件计算刀具轨迹的速度非常快，但始终是个麻烦的过程。而宏 程序则注重把机床功能参数与编程语言结合，而且灵活的参数设置也使机床具有最 佳的工作性能，同时也给予操作工人极大的自由调整空间。 宏程序最具有模块化的思想和资质条件，编程人员只需要根据零件几何信息 和不同的数学模型即可完成相应的模块化加工程序设计，应用时只需要把零件信 息、加工参数的功能输入到相应模块的语句中，就能使编程人员从繁琐的、大量重 复性的编程工作中解脱出来，有种一劳永逸的效果。 另外，由于宏程序基本上包含了所有的加工信息，而且非常简明、直观，通过 简单的存储和调用，就可以很方便地重现当时的加工状态，给周期性的生产特别是 不定期的间隔式生产带来了极大的便利。 对于主要由不规则复杂曲面构成的模具成型零件来说，由于从设计、分析到制 造的整个产业链在技术层面及生产管理上都是通过以各种c a d c a m 软件为核心的纽 带紧密相联的，从而形成一种高度的一体化和关联性，无论从哪个角度来看，数控 加工的程序编制几乎百分之百地依赖各种c a d c a m 软件，宏程序在这里的发挥空间 是非常有限的。但是，数控加工领域还有很大一片天空是属于机械零件批量性n - c 的，虽然同样是数控加工，它与上述模具类零件的数控加工还是有着相当大差别的， 2 华北电力大学工程硕士学位论文 机械零件的数控加工主要有以下特点： ( 1 ) 机械零件大多数都是批量生产，在保证质量的前提下要求最大限度地提 高加工效率，降低生产成本，一个零件哪怕仅仅节省l s ，多个同样的零件合计起来 节省的时间就非常可观了。另外批量零件在加工的几何尺寸精度和形状位置精度方 面都要求保证高度的一致性，而加工工艺的优化主要就是程序的优化，是一个反复 尝试、调整的过程，这就要求操作者能够非常方便地调整程序中的各项加工参数。 正如上所述，只要其中任何一项改变，再智能的软件也要根据调整后的加工参数重 新计算刀具轨迹，这个过程非常耗时且十分繁琐。显然，宏程序在这方面有强大的 优势，只要能用宏程序来描述，操作者就无需改变程序本身，而只需针对各项加工 参数所对应的自变量赋值做出个别调整，就能迅速地将程序调整到最优状态，这就 体现出宏程序的一个突出优点：一次编程，终身受益。 ( 2 ) 机械零件的形状主要是由各种凸台、凹槽、圆孔、回转面等组成，很少 包含不规则的复杂曲面，几何因素无外乎点、直线、圆弧，最多加上各种二次圆锥 曲线以及一些渐开线，所有这些都是基于三角函数、解析几何的应用，而数学上都 可以用三角函数表达式及参数方程加以表述，因此宏程序在此有广泛的应用空间， 可以发挥其强大的作用。 ( 3 ) 机械零件还有一些很特殊的应用，即使采用c a d c a m 软件也不一定能轻 易地解决，例如变螺距螺纹的加工、用螺旋插补进行锥度螺纹的加工和钻深可变式 深孔钻加工等，而在这些方面宏程序却可以发挥它的优势。在加工性能方面，宏程 序相对c a d c a m 软件生成的程序也有着一定优势。 一方面，宏程序天生短小精悍，即使是最廉价的机床数控系统，其内部程序存 储空间也会有i o k b 左右，完全容纳得下任何复杂的宏程序，因此根本无需考虑机 床与外部电脑的传输速度对实际加工速度的影响。 另一方面，为了对复杂的加工运动进行描述，宏程序必然会最大限度地使用数 控系统内部的各种指令代码。因此机床在执行宏程序时，数控系统的计算机可以直 接进行插补运算，且运算速度极快，再加上伺服电动机和机床的迅速响应，使得加 工效率极高。 而对于c a d c a m 软件生成的程序，情况则要复杂得多。首先，c a d c a m 软件生 成的程序通常都比较大，非常容易突破机床数控系统内部程序存储空间的限制，因 此一般来说除了相对简单的加工以外，绝大部分程序都不得不以d n c 方式进行在线 加工，显然机床与电脑之间的传输速度成为了影响加工速度的第一个瓶颈因素。其 次，从用户使用的角度说，使用c a d c a m 软件来生成刀具轨迹及加工程序是非常容 易的事，但是在c a d c a m 软件中，无论构造规则或不规则的曲面，都有一个数学运 算的过程，也必然存在着计算的误差和处理，这就会导致同样的曲面在建模方法不 同的情况下计算出不同的刀具轨迹，从而造成不必要的麻烦，甚至会由于计算机的 3 华北电力大学工程硕士学位论文 工作量巨大，出现机床运动迟钝、不连贯的情况。 由此可见，用户宏程序在编程方面有着许多的优势，非常有必要将其应用于我 们的数控系统中，以提高系统的编程效率、开放性和智能化。 1 4 论文的结构框架 基于以上分析，本文从以下几个方面展开论述： 第一章概述，宏程序的应用背景并与自动编程软件进行了对比，阐明了宏程序 的优势。 第二章宏程序的数学基础，介绍了数学模型建立的方法。 第三章介绍了宏编程的技术规则。 第四章通过实例，介绍了h n c 系统车床加i q f 圆曲线的宏程序编制，并对宏编 程的子程序调用及传值进行了介绍，基于这一规则，可以将加工某类曲线轮廓的宏 子程序模块化，将其编写成依赖于变量的标准程序格式，由主程序传递不同的参数 调用即可得到不同的加工结果。 第五章h n c 数控铣削宏编程及应用方面，探讨了动态刀补实现边角倒圆、均布 孔的钻镗加工、三维空间上的斜坡面与曲面铣削加工等。 第六章以圆形阵列钻孔、矩形挖槽为例，对宏指令扩展的二次开发技术做了初 步探讨。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章宏编程的数学基础 由于宏编程的优势在于运用数学算法动态求得加工轨迹的坐标数据，因此对加 工对象建立合理的数学模型是宏编程的关键。这就需要编程人员具有一定的数学基 础，特别是具有解析几何知识基础。 2 1 曲线的标准方程和参数方程 对于方程曲线类几何图素，宏编程时往往需要将其中一个坐标作为变量，再根 据曲线方程求算另一坐标的对应值。虽然都可利用曲线的标准方程来计算，但有时 采用参数方程来求算更为方便。表2 - 1 是常见曲线的标准方程和参数方程。 表2 - 1 常见曲线的标准方程和参数方程 曲线类型标准方程参数方程参数说明 x = 足c o s ft 为圆上动点的离心角( 十x 圆 万+ 萨- 1 】，= r s i n f为始边) ( 0 t 2 n ) x = 口c o s tt 为椭圆上动点的离心角 椭圆 了+ 丁暑1 】，= 口s i n t( 0 t 1 0 ) ；# 2l e2 0 ( 表示# 2 2 0 ) 逻辑运算表达式： 抖1g tl o a n d # 1l e2 0 ( 表示1 0 ) a b s ( 求绝对值) g e ( ) o r ( 或) 序行) i n t ( 取整) l t ( ) n o t ( 8 n ) e n d i f e n d w s i g n ( 取符号) l e ( ) i f 条件表达式 循环体内通常包 s q r t ( 求平方根)( 满足条件时执行的程序行) 含改变循环变量 e x p ( 指数函数)无条件转向语句g o t o1 9 ( n 为指定的程序行号) 值的语句 华北电力大学工程硕士学位论文 第四章车削宏编程技术及其应用 4 1 车削加工的宏编程技术概述 数控车削加工编程的对象是简单的二维图形。车削系统已经提供了非常全面的 从粗车到精车的各类功能指令，指令格式简单且实用。对于边廓以直线、圆弧为主 的常规零件加工，大多采用手工编程的方法。宏编程技术的优势在车削加工中主要 表现在非圆曲线边廓的处理上。 h n c 精车的程序段若用宏编程，其计算的数据可提供给g 7 1 ，- - g 7 3 作边廓参考依 据，这使得h n c 的车削宏编程技术更具实用性。 使用主、子程序调用的宏编程技术，在调用子程序时可通过宏变量传递参数的 功能，易于实现子程序模块化，整个程序修改起来更简单，程序通用性得到了增强。 4 2 车削的宏编程应用实例 4 2 1 椭圆类零件的宏程序 编制一个车削加工如图4 - 1 所示带有椭圆过渡的零件类通用程序，假设毛坯外 径为西x l 过渡外径为少x 2 ，椭圆短半轴为a ，长半轴为b ；使用变量( 或参数) 编 制此类零件的宏程序。 图4 1 椭圆过渡类零件 ( 1 ) 工艺分析 车削图4 - 1 所示一段椭圆的回转零件时，一般采用直线逼近( 也叫拟合) 法， 即在z 向分段，以0 2 , - - , 0 5 m m 为一个步距，并把z 作为自变量，x 作为z 的函数。 为了适应不同的椭圆( 即不同的长短轴) ，不同的起始点和不同的步距，可以编制 一个只用变量不用具体数据的宏程序，然后在主程序中呼出该宏程序的用户宏指令 段内为上述变量赋值。这样，对于不同的椭圆，不同的起始点和不同的步距，不必 更改程序，而只要修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据就可以了。 椭圆的一般方程： 1 2 图4 - 2 椭圆宏程序结构流程框图 ( 3 ) h n c 一2 l 2 2 t 华中世纪星数控系统车削椭圆曲线类零件的用户宏程序 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 局部变量含义： # 2 3 = x o ；x 广椭圆对称中心的工件坐标横向绝对坐标值 # 2 5 - - - z o ；z o r 椭圆对称中心的工件坐标纵向绝对坐标值 撑0 = a ：a - x 向椭圆短半轴长度 撑1 = b ；眦向椭圆短半轴长度 撑1 8 = x 2 ；x 2 - 椭圆轮廓的起始点工件x 向坐标值 群1 9 = z 2 ；z 广椭圆轮廓的起始点工件z 向坐标值 撑2 0 = u ；u - 一椭圆轮廓的终点工件z 向坐标值 撑6 = k ；l ( - 递变量( 凹椭圆为负，凸椭圆为正) 撑5 - f ； f 一切削速度 主程序如下： o ：文件名 x ：程序名 n 0 1 0g 1 8g 9 9g 9 7 g 2 1g 9 0g 5 4g 4 0 ；工艺加工状态设置 ： n 0 5 0t 0 4 0 4 ；调用精加工车削椭圆轮廓的刀具 n 0 5 5m 0 3s 1 0 0 0 ；切换精加工转速 n 0 6 0m 9 8p 3 1x - z a b 二- s tu k f - ；调用车削椭圆曲线类零件的用 户宏程序 n 0 8 5m 0 5 ；主轴停止 n 0 9 0m 3 0 ：程序结束并返回程序开头 用户宏子程序如下： 3 1 ；宏程序名 n 0 0 5g 6 8x # 2 3 z # 2 5 p o ；以椭圆对称中心设定为工件坐标系旋转中心 n 0 1 0w h i l e # 1 9 g e # 2 0 ；如果# 1 9 不小于# 2 0 ，则跳转到n 0 3 0 程序段 n 0 1 5 # 1 8 = # o * s q r t 1 - # 1 9 , # 1 9 # l 木# 1 ；椭圆上任一点x 坐标值计算 n 0 2 0g 0 1x # 2 3 + # 1 8 z # 2 5 + # 1 9 f # 5 ；直线插补椭圆 n 0 2 5 # 1 9 = # 1 9 - # 1 0 ；步距轴向叠减 n 0 3 0e n d w ；返回循环体 n 0 3 5g 6 9 ；取消工件坐标系旋转 n 0 4 0m 9 9 ：子程序结束并返回主程序 4 3 2 双曲线过渡类零件的宏程序 编制一个车削加工如图2 - 7 所示带有双曲线过渡类零件的通用程序；假设工件 1 4 最终加工大外圆外 双曲线实半轴长为 ( 1 ) 工艺分析：车削图4 - 3 所示双曲线过渡的回转零件时，一般先把工件坐标 原点偏置到双曲线对称中心上，然后采用直线逼近( 也叫拟合) 法，即在z 向分段， 以0 2 - 0 5 m m 为一个步距，并把z 作为自变量，x 作为z 的函数。为了适应不同的 双曲线( 即不同的实，虚轴) ，不同的起始点和不同的步距，可以编制一个只用变 量不用具体数据的宏程序，然后在主程序中呼出该程序的用户宏指令段内为上述变 量赋值。 双曲线的一般方程： 等一芸b = -口2 2 在第一、二象限内可转换为： 、小口吾 在第三、四象限内可转换为： 一口孵 用变量来表达上式为： # 2 3 = # l * s o r t 1 + # 1 9 术# 1 9 # 2 术# 2 4 戥 # 2 3 = 一# 1 ，i c s q r t 1 + # 1 9 # 1 9 # 2 ：i c # 2 ( 2 ) 宏程序的结构流程图 1 5 华北电力大学工程硕士学位论文 根据上述工艺分析，可画出图4 - 3 宏程序的结构流程框图，如图4 4 所示 【开始】 0 给常量赋值 0 工件坐标零点偏置到双曲线对称中 占 i l 给自变量z 赋初始l - 占 l 指令机床移动x 、z 坐标 l 0 z 向递变均值递减 上 双曲线上任一点x 坐标值计算 y 冬， 图4 - 4 双曲线宏程序流程框图 ( 3 ) h n c 一2 1 2 2 华中世纪星数控系统车削双曲线类零件的用户宏程序 局部变量含义： # 2 3 = x 。：】( o 一双曲线对称中心的工件坐标横向绝对坐标值 # 2 5 = z 。：z 。- 双曲线对称中心的工件坐标纵向绝对坐标值 # o = a ；旷双曲线实半轴长 # 1 = b ：b 一双曲线虚半轴长 # 1 8 = s ；s 一双曲线起点离开对称中心的z 向距离值 # 1 9 = t ：t 一双曲线终点离开对称中心的z 向距离值 # 2 0 = u ：u 一双曲线起点的x 向半径坐标值( u = x 2 ) # 1 0 = k ：k z 向递变均值 # 5 = f ：f - 切削速度 主程序： o ；文件名 1 6 图4 5 抛物线类零件 ( 1 ) 工艺分析 车削图4 5 所示抛物线形状的回转零件图时，假设工件坐标原点在抛物线顶点 上，采用直线逼近( 也叫拟合) 法，即在x 向分段，以0 2 - 0 5 m m 为一个步距，并 把x 作为自变量，z 作为x 的函数。为了适应不同的抛物线曲线( 即不同的对称轴 1 7 华北电力大学工程硕士学位论文 和不同的焦点) 、不同的起始点和不同的步距，可以编制一个只用变量不用具体数 据的宏程序，然后在主程序中呼出该宏程序的用户宏指令段内为上述变量赋值。 抛物线的一般方程： 工2 = ：f 2 p z ( 或z 2 = ：9 2 p x ) 可转换为： z = x 2 1 2 1 ( 或x = z 2 2 p ) 用变量来表达上式为： # 2 6 = # 2 4 木# 2 4 2 木 16 或# 2 4 = # 2 6 木# 2 6 2 木# 1 6 ( 2 ) 宏程序的结构流程图 根据上述工艺分析，可画出图4 - 5 宏程序的结构流程框图，如图4 - 6 所示 【开始j l t 给常量赋值 上 给自变量赋初始值 。i 进入循环体 上 x 变量递加 0 计算z 坐标值 士 指令机床沿着抛物线轮廓移动x 、z 坐标i 刀具退离到工件右端 图4 6 抛物线宏程序流程框图 ( 3 ) h n c 一2 1 2 2 t 华中世纪星数控系统对抛物线曲线类零件精车削的用户宏程序 局部变量含义： # 2 3 = x 。；) ( o 一抛物线顶点的工作坐标横向绝对坐标值 # 2 5 = z 。；z o 一抛物线顶点的工作坐标纵向绝对坐标值 1 8 n 1 1 0m 9 8p 2 3 1 3 x 一z - 一q v k - 一f 一；调用精车削抛物线形状轮廓的用 户宏程序 n 1 5 5m 0 5 ：主轴停止 n 1 6 0m 3 0 ：程序结束并返回程序开头 2 3 1 3 ：用户宏子程序号 n o i o g 0 0x # 2 3 z # 2 5 + 5 ：刀具快速接近抛物线顶点处 n 0 2 0g 0 1z # 2 5 f 2 木# 5 ：以工进速度直线插补到抛物线顶点 n 0 3 0w h i l e # 2 3 l t # 2 1 2 ：如果# 2 3 大于# 2 1 2 ，则跳转到n 0 7 0 程序段 n 0 4 0# 2 3 = # 2 3 + 群6 ；x 向步距均值递加 n 0 5 0# 2 5 = - 2 3 2 # 1 7 ；由x 值计算抛物线上任一点z 坐标值 n 0 6 0g 0 1x # 2 3 z # 2 5 f # 5 ：沿着抛物线作直线插补 n 0 7 0e n d w ：返回循环体 n 0 8 0g 0 1x # 2 1 z # 2 5 f 3 术# 5 ：斜线退到工件右端面外 n 0 9 0m 9 9 ：子程序结束并返回主程序 4 2 3 多曲线段车削零件的粗、精加工 利用h n c 一2 2 t 的宏编程技术实现多曲线段车削零件的粗、精加工。如图4 3 所示轮廓。 圆柱段 段：z - 警 ：孕等l l u 图4 - 7 多曲线段轮廓车削 华北电力大学工程硕士学位论文 各区段分别如下： 抛物线段( - u z 宽 就按宽度算径向粗切量 否则 按长度算径向粗切量 以粗切间隔= 0 7 5 d 预算径向粗切次数 圆整粗切次数 等分计算实际粗切间距 定位到矩形中心 下到r 高度 以z 向速率工进到槽口表面 如果为逆时针方向铣削 设置镜像有效 深度分层循环 工进增量下移一个深度 径向分次循环初值( 距中心半个粗切间距切 第一圈 如果为精修 4 7 华北电力大学工程硕士学位论文 # 4 7 = # 4 4 e n d i f w h i l e # 4 7l e # 4 4 # 1 0 l = # 4 3 + # 1 6 j i c # 8 + # 3 一# 4 7 * # 4 5 i f # 1 0 1g e # 2 g o lg 4 2x # o 2 d i o if # 5 y 一# i 2 g o lx - # o g o ly # 1 g o lx # 0 g 0 1y 一# 1 2 g 4 0 x - # 0 2 e l s e g o ig 4 2x # o 2 d i o if # 5 y # 2 - # i 2 g 0 2x - # 2 y - # 2 r # 2 g 0 1x 2 木# 2 一# o 6 0 2x - # 2 y # 2 r # 2 g o iy # 1 2 木# 2 g 0 2x # 2 y # 2 r # 2 g 0 1x # 0 2 水# 2 g 0 2x # 2 y 一# 2 r # 2 6 0 1y # 2 - # i 2 6 4 0 x - # o 2 e n d i f i f # 4 4 - # 4 7e q0 5 # 4 7 = # 4 7 + 0 5 e l s e # 4 7 = # 4 7 + 1 e n d i f e n d w # 4 2 = # 4 2 + i e n d w i f # 1 0e q0 g 2 5y o 径向循环初值等于终值，仅加工圈 径向分次循环 计算动态刀补 如果刀补大于转角半径，按尖角走矩形 以x y 向速率切削到右边线中点，加刀补 到右下角 到左下角 到左上角 到右上角 到右边线中点 返回矩形中心，取消刀补 如果刀补小于转角半径，带转角走矩形 如果剩下粗切的最后一圈 径向循环递增，由内向外循环 径向循环结束 深度循环递增 深度分层循环结束 如果为逆时针方向铣削 取消镜像设定 4 8 华北电力大学工程硕士学位论文 e n d 上f g 0 0z _ # 2 5 一# 2 2 1 7 一# 1 6 术# 9 返回初始高度面 m 9 9 本程序作精修和粗切时其深度和动态刀补的计算利用了加工方式的给定值，以 “加工方式值精修余量来处理余量值，精修时倍率为o ，粗切时倍率为1 。为 此，增加了对加工方式值过滤及圆整处理的语句。对于顺、逆铣削方向，原则上按 顺时针方向铣削编程，逆向时采取镜像设定获得反向加工。 6 4 本章小结 本章以圆形阵列钻孔、矩形挖槽为例，对宏指令扩展的二次开发技术做了初步 探讨，为利用基本指令来扩展系统的编程指令功能提供了借鉴。 4 9 华北电力大学工程硕士学位论文 第七章总结 手工编程是自动编程的基础，在任何时候手工编程都是必须掌握的，特别是其 精髓一宏程序，本人认为：在能应用手工编程的地方尽量不使用自动编程，必要的 j 地方可以采用自动编程。另外，由于编写宏程序的过程其实也是一个直接地体现编 程者工艺指导思想，衡量编程者工艺制定水平的过程。因此，对新手来说，使用宏 编程也非常有助于提高数控加工工艺水平。 本文在h n c 系统的基础上，简要分析了宏程序的基础理论知识及应用，从宏程， 序的技术规则入手，对宏程序的实质所在加以分析，并对宏编程的子程序调用、铣 削加工动态刀补实现、空间轨迹宏编程加以讨论，并以实例的形式加以具体阐述， ， 最后，对宏指令扩展的二次开发技术做了初步探讨，取得了以下成果： 1 以h n c 数控车削宏编程及应用为例，介绍了使用主、子程序调用的宏编程技 术，在调用子程序时可通过宏变量传递参数的功能，易于实现子程序的模块化，整 个程序修改起来更简单，程序通用性得到了增强。 2 h n c 数控铣削宏编程及应用方面，探讨了动态刀补实现边角倒圆、均布孔的 钻镗加工、三维空间上的斜坡面与曲面铣削加工等，从而使数控机床的潜力发挥到 极致。 3 以圆形阵列钻孔、矩形挖槽为例，对宏指令扩展的二次开发技术做了初步 探讨。为利用基本指令来扩展系统的编程指令功能提供了借鉴。 另外，宏程序的自动编程软件目前是一大难关，我将持续关注这方面的研究， 并争取有所突破。 最后，希望本论文能为数控宏程序的应用及推广起到一定的借鉴作用。 华北电力大学工程硕士学位论文 参考文献 1 陈海舟数控铣削加工宏程序及应用 m 北京：机械工业出版社，2 0 0 6 2 古玉红数控铣削加工技术 m 北京：北京理工大学出版社，2 0 0 6 3 卓迪仕数控技术及应用 m 北京：国防工业出版社，1 9 9 7 4 陈洪涛数控加工工艺与编程 m 北京：高等教育出版社，2 0 0 3 5 华中数控股份有限公司h n c - 2 2 系统操作说明书 6 孙德茂数控机床锐削加工直接编程技术 m 机械工业出版社，2 0 0 5 7 陈海舟数控锐削加工宏程序及应用实例 m 机械工业出版社，2 0 0 6 8 方沂数控机床编程与操作 m 国防工业出版社，1 9 9 9 9 王爱玲现代数控原理及控制系统 m 国防工业出版社，2 0 0 2 1 0 周济，周艳红数控加工技术 m 国防工业出版社，2 0 0 3 i1 周永俊m a s t e r c a m 铣削车削应用指南 m 清化大学出版社，2 0 0 2 1 2 于春生数控机床编程及应用 m 高等教育出版社，2 0 0 3 1 3 胡友树数控车床编程、操作及实训 m 合肥工业大学出版社，2 0 0 5 1 4 黄道业数控铣床( 加工中心) 编程、操作及实训 m 合肥工业大学出版 社，2 0 0 5 1 5 郑盛新数控机床与编程加工习题集 m 合肥工业大学出版社，2 0 0 5 1 6 许卫东f a n u c 数控宏程序在编程中的应用 m 现代制造，2 0 0 6 【1 7 程俊兰基于宏程序的外球面粗精加工 m 华北航天工业学报，2 0 0 7 6 1 8 潘卫彬渐开线齿轮数控铣削加工宏程序的开发 m 中国水运，2 0 0 6 1 9 张齐参数编程在数控车床上的应用 j 华北航天工业学院学 报2 0 0 4 ( 2 ) ：1 4 1 7 2 0 王荪馨，张永乐应用宏程序加工孔口倒圆 j 机电一体化，2 0 0 6 2 1 周军电气控制及p l c m 北京：机械工业出版社，2 0 0 1 2 2 m a z a k sm a z a t r o lf u s i o n6 4 0c n c i p cc o n t r o l ，i n d u s t r i a lp r o d u c tn e w so n l i n e ，s o u t h w e s ta n ds o u t h e a s tm a c h i n e r y & i n d u s t r i a ln e w s j 19 9 8 2 3 王风蕴，张超英数控原理与典型数控系统 m 北京：高等教育出版， 2 0 0 3 2 4 卓迪仕数控技术及应用 m 北京：国防工业出版社，1 9 9 7 2 5 林其骏数控技术与应用 m 北京：机械工业出版社，1 9 9 5 2 6 p o w e