渐开线制动凸轮加工.doc

【摘要】本文分析了数控加工程序编制的现状和发展趋势，指出了“变量”的运用在加工程序编制中的意义，比较了宏程序和CAM软件编程各自的长处与不足，同时按不同工作场合和工件的要求，分类给出了对应的宏程序实现。通过对于现生产需要的分析提出了编制并完善“通用宏程序集”的设想，“通用宏程序集”除可以有效提高工作效率外，还可以作为数控加工经验交流和共享的工具，最后根据自身对于数控加工的认识给出了通用宏程序的示例。【关键词】宏程序数控加工应用变量传值调用1数控加工程序编制的方法和现状。要说数控系统的种类有多少或数控机床的结构形式共有多少个？恐怕即使从事数控加工多年的人士也很难说出一个准确的数字，但要说起数控加工程序编制的方法来，则几乎连一个初学者也能马上告诉你：分手工编程和计算机自动编程两类。由于受数控系统指令集规模的限制，致使可插补的线形比较单一（通常只有直线或圆弧），所以手工编程常用于形状简单、精度要求较高、批量较大的产品的加工和制造。而形状复杂、批量较小、精度要求一般的零件则多采用计算机自动编程的方法。以一汽集团为例，其从事零部件生产的企业（比如：车桥公司、轿车公司、一汽大众等等）基本都是采用手工编程的形式，而模具类零件则都采用计算机自动编程。久而久之就使人们产生了一种误解：“认为具有复杂轮廓的零件只能通过自动编程进行加工，而手工程序只能完成简单轮廓的加工，将来自动编程将是手工程序的取代者”。其实，目前数控系统广泛提供的宏程序（或称参数子程序）功能完全可以完成复杂轮廓（可以以数学方程表达）的加工，同时它还具有许多自动编程无法比拟的特点。2宏程序的特点和作用。宏程序或称参数子程序，由于其引入了变量、流程控制和数学（代数和逻辑）运算功能，所以就具有以下优点：由于可以使用变量，使程序具有更加柔性化和智能化。流程控制指令的使用，可以使加工程序具有分析功能并更容易实现执行次数的控制。代数和逻辑运算的应用，则为完成各类数学曲线和曲面的加工提供了基础和保障。由于上述特点的存在，可以根据数控加工的需要来编制以下几类宏程序：用于加工数学曲线（或曲面）所构成的零件轮廓（如：圆锥曲线宏程序、渐开线宏程序、球面加工宏程序、锥台加工宏程序等等）。用于完成不同工艺特征的粗、精加工（如：圆型腔加工宏程序、方型腔加工宏程序、倒角加工宏程序等等）。与辅助装置配合完成特定工作任务（如：用测量探头的检测宏程序、指挥换刀机构的换刀宏程序、刀具破损检测宏程序、专用夹具控制宏程序等等）。不同种类设备的专用加工宏程序（如：滚齿加工专用宏程序、数控磨床专用宏程序）。其他（如：与外部通信的宏程序、实现多品种混流生产的分支宏程序等等）。 3宏程序在典型零件加工中的应用。下面以笔者编程和加工过的一些零件为例，介绍一下宏程序的具体应用：31渐开线凸轮的铣削：如图11所示，被加工的（刹车用）凸轮为渐开线轮廓，而且有0.03mm的轮廓度要求。从前采用的是CAM软件编制轮廓加工程序，但生成G代码以后，由于不便使用半径补偿功能，所以刀具稍有磨损就必须更换，这样大大的增加了制造成本。经过对被加工零件轮廓的分析（零件图见附件一），决定以宏程序完成上述零件的加工，首先根据基圆半径得出渐开线的参数方程：x=20cos(afa)+pi20afa/180sin(afa)y=20sin(afa)-pi20afa/180cos(afa)39.1afa166.5Pi=3.14159其中afa为压力角，也是参数方程的自变量，经过分析压力角在39.1度附近时，每增加3度轮廓逼近误差小于0.02mm，因此选择压力角每次递增2度以提高加工速度。然后开始编制宏程序，先进行变量分配：#1 为压力角afa#2 为常数pi=3.14159#3 为基圆半径#4 节点坐标x#5 节点坐标y#6 为压力角afa终了值编写宏程序代码：O0022 程序名#2=3.14159 常数pi 赋值WHILE #1 LT #6 DO1 循环体头#4 = #3*COS#1 + #2*#3*#1/180*SIN#1 计算节点X#5= #3*SIN#1 - #2*#3*#1/180*COS#1 计算节点YG01 X#4 Y#5 F200 按节点进给#1= #1+2 自变量递增END1 #4 = #3*COS#6 + #2*#3*#1/180*SIN#6 计算节点X#5= #3*SIN#6 - #2*#3*#1/180*COS#6 计算节点YG01 X#4 Y#5 F200 最后一点加工M99 程序尾调用格式：G65 P0022 A39.1 C20 K166.5 传递变量#1=39.1、#3=20、#6=166.5对应主程序为O0012 G90 G49 G80 G21 G40 G69 G54 G00 X80. Y15. G43 Z0. H01 M3 S600 Z-48. G01 G42 X40. D01 引入半径补偿G65 P0022 A39.1 C20 K166.5 宏程序调用G03 X-71.33Y-2.02R15. 加工过度圆弧G02 X -38.42Y-17.34R48. 加工过度圆弧X -31. Y-25.2R15. 加工过度圆弧G01 G40 X-45. 取消半径补偿G68 X0 Y0 R180. 图形旋转180度G01 G42 X40. D01 引入半径补偿G65 P0022 A39.1 C20 K166.5 宏程序调用G03 X-71.33Y-2.02R15. 加工过度圆弧G02 X -38.42Y-17.34R48. 加工过度圆弧X-31.Y-25.2R15. 加工过度圆弧G01 G40 X-45. 取消半径补偿G69 取消图形旋转G00 G49 Z200. X100. Y100. M5 M30 不难看出使用了传值调用的办法后，该宏程序示例可以被运用至其它包含渐开线轮廓的零件加工中（只需根据渐开线的参数变更变量#1、#3、#6即可）。 32支撑件上的减重坑加工：如图21所示，为一支撑件在该制件上须加工多个倒棱锥形减重坑（侧壁须有25度的斜度），而且规格不同，若以子程序完成加工须针对每一个规格编制一个子程序，工作量和难度都较大，而以自动编程完成零件的加工又由于基础尺寸太大，因而程序量很大。分析后准备编制对应的宏程序完成零件的粗、精加工，通过改变调用时的参数值来实现不同规格减重坑的加工，由于各个减重坑的基本截面形状都是矩形，而且侧壁有斜度，因此可以将宏程序的工作过程概括如下：刀具在每一个层深上完成一个矩形型腔的加工如图22所示，而每发生一次层深的变化被加工的型腔尺寸都按必须规律减小。A、实现每层轮廓加工，是依靠不断修改刀具补偿值来实现的，具体如下：*变量分配：#1 矩形宽度#2 矩形高度#3 刀具直径#33 刀补值*代码：O0111 #33 = #1- #3/2 计算刀具补偿值的初值IF #1 LT #2 THEN #33 = #2- #3/2 计算刀具补偿值的初值（根据长边指定）WHILE #33 GT #3/2 DO1 循环指令（刀补值等于刀具半径时结束）#33 = #33 0.8*#3 变化刀补值（行距为0.8倍的刀具直径）IF #33 LT #3/2 THEN #33 = #3/2 若计算后的刀补值小于刀具半径，则刀补值等于刀具半径G10 L12 P01 R#33 将刀补值写入系统（写入一号补偿）G41 G01 Y#2/2D01 引入刀补（一号补偿）X-#1/2 轮廓铣削Y-#2/2 轮廓铣削X#1/2 轮廓铣削Y#2/2 轮廓铣削X0 轮廓铣削G40 Y0 撤消补偿END1 循环结束G52 X 0 Y 0 M99 程序结束B、在不同截面变量多次调用上述程序，实现分层加工（如图23所示）：*变量分配：#1 矩形宽度#2 矩形高度#3 刀具直径#24 轮廓原点X坐标#25 轮廓原点Y坐标#7 每层切深#8 终了Z高度#26 起始Z高度#11 侧壁倾斜角度*代码：O0112 G52X#24Y#25 平移坐标系G90 G00 X0Y0 定位至行腔中心Z#26+2 定位至行腔之上2mm处G01 Z#26F100 工进至行腔上表面WHILE #26 GT #8DO1 进入循环，以深度为截止条件#26 = #26 ABS#7 改变深度数值IF #26 LT #8 THEN #26 = #8 判断到达终点否#1 = #1- 2*#7*TAN#11 计算本层的矩形宽度#2 = #2- 2*#7*TAN#11 计算本层的矩形高度G01 Z#26 F60 下切至本层深度G65 P0011 A#1 B#2 C#3 以计算出的矩形参数调用每层加工程序END1 完成循环G00 Z#26+50 提刀至安全高度G52 X0 Y0 取消平移坐标系M99 宏程序结束主程序调用上述宏程序，可以完成在各个位置的型腔加工，例如： O0010 G54 G90 G80 G40 G49 G69 设定程序执行环境T01 M06 换刀G00 G43 Z50 H01 引入长度补偿M03 S1200 启动主轴G65 P0012 A80 B60 C12 D0.8 E-41.3 H3.0 X165. Y-50. Z0. 调宏程序加工型腔1G00 G90 Z100 退刀Z向Y300. 退刀Y向M05 主轴停M01 程序停（检查尺寸）M03 启动主轴G65 P0012 A80 B60 C12 D0.8 E-41.3 H3.0 X-165. Y-50. Z0. 调宏程序加工型腔2 . M05 M30 通过上述两个零件的加工，可以看到对于集合结构清晰，且能以数学方式描述的零件来说，宏程序与自动编程相比较有很多的优势，比如：程序短小便于修改、通用性强更容易实现代码重用、因可以引入刀补使控制加工精度更容易、可以充分使用NC系统的特殊功能。所以有效的利用宏程序可以提高工作效率，确保产品质量和简化工作流程。4“通用宏程序集”的编写和意义。目前宏程序加工多用于单件或小批量生产的环境中，操作者会根据加工的需要自行编制满足需要的宏程序，当零件完成后，它就会被从NC系统中删除，而其他人则无法共享这一工作成果。再者由于能力和知识水平（特别是数学基础）所限，从业者通常只能在参阅资料的基础上简单的套用公式，而缺乏对于零件几何结构的正确分析，因此所编制的宏程序使用范围较窄，缺乏推广的意义。通过较长时间的实践，笔者认为实现具有较强通用性的宏程序是可行的，也是具有现实意义的，不难看出：在上述的两个实例中所完成的宏程序已经具有较好的通用性了。但要编写通用性更好、更稳定易用的“通用宏程序集”，还要注意以下问题：合理的使用各种变量。严谨的逻辑结构，正确的算法。简明、易用的调用接口。必要的错误拦截和系统环境的保护。下面以一个通用（FANUC 系统）的椭圆程序为例来说明上述观点：变量选用：#1 椭圆长半轴#2 椭圆短半轴#3 轮廓度要求#4 参数角度递增量#8 参数角度终了值#9 参数角度起始值#20 椭圆长轴与X轴角度#24 椭圆心X#25 椭圆心Y#29 中间变量#30 角度自变量#31 中间变量#32 椭圆节点X#33 椭圆节点Y可以看到#3和#4两个变量的作用相同都是获得逼近步长，用户只需根据自己的需求来选择其中一个即可。这样使程序更具有易用性。同时在变量的选择上也尽量使之调用的名字与其实际意义相近，比如：A #1B #2I #3E #8F #9X #24Y #25代码：O0077IF #3 NE #0 AND #4 NE #0 GOTO 3000G90 G52 X0 Y0 G68 X0 Y0 R#20G41 G01 X#1+20Y0D01#29 = #1- #3*#1- #3/#1*#1#31 = SQRT1-#29/#2IF #4 EQ #0 THEN #4 = ATAN#31#30 = #9WHILE #30 LT #8 DO1#30 = #30 + #4IF #30 GT #8 THEN #30 = #8#32 = #1* SIN #30#33 = #2* COS#30G01 X#32 Y#33F200END1G40 X#1+20 Y0G69G52 X0 Y0GOTO 4000N3000 #3000=“*”N4000M99格式说明：格式一：G65 P0077 A30. B15. C0.05 E180. F30. T5. X0 Y50.当希望按轮廓度要求加工时给出C0.05（其中0.05为轮廓度要求），程序会自动选择步长。格式二：G65 P0077 A30. B15. I3. E180. F30. T5. X0 Y50.希望按给定步长进行加工时给出I3.（其中递增角度为3度）。当用户将变量I，J同时赋值时将产生错误报警信息“*”，否则程序将按要求完成轮廓的加工。通过上例可以发现只要认真分析加工需要，就可以编写出有实用意义的通用宏程序，将这些程序汇集起来就可以实现加工经验的交