《数控加工技术及应用》课件-数控加工技术及应用2.6

项目二零件数控铣削加工任务一长方体零件外轮廓加工任务二长方体六面及外轮廓铣削加工任务三平面型腔类零件铣削加工任务四盘类零件钻孔、扩孔、铰孔、镗孔加工任务五盘类零件螺纹加工任务六盘类零件曲面加工任务六盘类零件曲面加工一、学习目标二、工作任务三、相关知识四、任务实施五、知识拓展

一、学习目标1.知识目标（1）掌握宏程序的编程方法；（2）掌握坐标系旋转G68、G69指令应用；（3）掌握宏程序的调用。

2.技能目标（1）会使用宏程序编写曲面加工程序；（2）会使用坐标系旋转指令编写加工程序；（3）会使用数控铣床进行盘类零件曲面加工。

二、工作任务零件如图2-51所示，材料为45钢，六面80×80×20前道工序已加工至尺寸，按图编写椭圆加工程序，加工至尺寸要求。图2-51零件图三、相关知识（一）宏程序的编程1.用户宏程序的概念用户宏程序是利用宏指令和变量编制的程序，具有变量赋值、算术和逻辑运算及转移和循环等功能。宏程序与普通数控程序相比，普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适应性。而用户宏程序可以使用变量编程，使曲面加工、型腔加工及固定循环加工，编程更方便，更灵活。FANUC数控系统用户宏程序分为A、B两类，通常情况下，FANUCOD系统采用A类宏程序，FANUCOi系统采用B类宏程序。用户宏程序功能A不直观，可读性差，在实际工作中很少使用。由于绝大部分FANUC系统支持用户宏程序功能B，所以本书以宏程序功能B为基础，阐述宏程序知识与应用。三、相关知识2.变量及变量的使用方法普通加工程序直接用数值指定G代码和移动距离，例如GO1X150；用户宏程序中可以直接指定数值，也可用变量指定。使用变量的优点是变量的值可以改变，可用程序给变量赋值，或通过操作MDI面板给变量赋值。（1）变量的表示形式用户宏程序变量用变量符号“#”和后面的变量号所构成。即：#i（i=1，2，3，…)例如:#3,#60,#150。变量号可以用表达式指定，此时表达式要用方括号括起来。例如:#[#3+#60-#150]三、相关知识（2）变量的赋值在宏程序中，可以用符号“=”来对变量赋值。例如:#2=30；（#2的值为30）#50=30+40；（#50的值为70）#120=#2+#50；（#120的值为100）（3）变量的引用在地址符后的数值可以用变量来置换。例如：F#102，当#102=130时就等同于F130。改变引用变量的值的符号，要把负号“-”放在#的前面。例如：Z-#50，当#50=60时就等同于Z-60。当用表达式指定变量时，要把表达式放在方括号中。例如：G01X[#1+#2]F#3；三、相关知识

3.变量的类型按变量号可将变量分为空变量、局部变量、公共变量、系统变量，其用途和性质都是不同的，如表2-12所示。变量号变量类型功能#0空变量该变量总是空，没有值能赋给该变量。#1～#33局部变量局部变量只能用在宏程序中存储数据，例如，运算结果。当断电时，局部变量被初始化为空。调用宏程序时，自变量对局部变量赋值。#100～#199#500～#999公共变量公共变量在不同的宏程序中的意义相同。当断电时，变量#100～#199初始化为空。变量#500～#999的数据保存，即使断电也不丢失。#1000～系统变量系统变量用于读和写CNC的各种数据，例如，刀具的当前位置和补偿值等。表2-12变量的类型三、相关知识4.变量的算术和逻辑运算宏程序具有赋值、算术运算、逻辑运算、函数运算等功能，变量之间进行运算的通常表达形式为：#i=（表达式）。各运算指令的具体表达形式见表2-13。运算次序依次为：函数，乘和除运算（*、/），加和减运算（+、-）。方包括用于改变运算的次序，方括号最多可嵌套5层，包括函数内部使用的方括号，当超出5层时，会出现系统报警。三、相关知识

表2-13运算指令的表达形式三、相关知识

5.转移和循环在宏程序中，可以通过指令来改变和控制程序的运行流程，以下有3种转移和循环指令可供使用。（1）无条件转移语句—GOTO语句格式:GOTOn；其中，n表示程序段号。当程序执行到该程序段时无条件转移（跳转）到标有段号n的程序段执行。例如：……N40GOTO60；N50G00X20；N60G00X100；……即执行N40GOTO60；程序段时，无条件转移到第N60程序段执行，而N50G00X20；跳过不执行。三、相关知识

（2）条件转移语句—IF语句格式:IF[条件表达式]GOTOn；程序段含义为：①如果条件表达式的条件得到满足，则转而执行第n段号程序，程序段号n可以由变量或表达式替代。②如果表达式中条件未满足，则顺序执行下一段程序。③表达式书写如下：EQ表示等于=NE表示不等于≠GT表示大于＞GE表示大于等于≥LT表示小于＜LE表示小于≤三、相关知识（3）循环语句—WHILE语句指令格式:WHILE[条件表达式]DOm；（m=1，2，3）ENDm；（m=1，2，3）程序含义为：

条件表达式满足时，执行从DOm到ENDm之间程序段的程序，否则，程序转到ENDm后的程序段执行。DO后的数和END后的数为指定程序执行范围的标号，标号值为1，2，3。三、相关知识注意:①WHILEDOm和ENDm必须成对使用。②DO语句允许有3层嵌套，即如下语句：DO1；DO2；DO3；END3；END2；END1；③DO语句范围不允许交叉，即如下语句是错误的：DO1；DO2；ENDl；END2；三、相关知识（二）坐标系旋转指令G68、G69坐标系旋转指令可将工件旋转某一指定的角度，将轮廓转到适于计算的位置，可简化编程。如果工件的形状由许多相同的图形组成，则可将图形单元编成子程序，然后用主程序的旋转指令调用。G68坐标系旋转指令；G69取消坐标系旋转指令。指令格式为：G68X____Y____R____；其中：X、Y—指定旋转中心坐标；R―旋转角度，逆时针为正，顺时针为负，单位度“°”。注意：G68之前用绝对坐标，若用增量坐标，则以当前点为旋转中心；G68之前必须用G17指定旋转平面，如图2-52所示。图2-52坐标系旋转指令G68

四、任务实施（一）工艺分析1.零件图分析根据零件图2-51，毛坯六面80×80×20前道工序已加工至尺寸，椭圆需要加工。由于椭圆长轴与工件定位基准面成45°，可利用坐标系旋转指令进行编程。为了计算方便利用椭圆参数方程进行坐标计算，椭圆参数方程如下：x=a*cosθy=b*sinθ其中，a为长半轴，b为短半轴，θ为离心角。由于长半轴、短半轴是常量，采用宏程序条件转移语句，让离心角θ在0°到360°之间取节点，用直线逼近加工椭圆轮廓。2.工件定位装夹以已加工过的80尺寸两侧面及底面为精基准定位，用平口虎钳装夹。3.加工工步椭圆先粗加工去余量，留1mm精加工量，粗加工时可用精加工程序，用改变D01刀具半径值的方法进行粗加工去余量，同时粗加工的切削用量要进行适当调整。（1）粗加工去余量（16立铣刀）；（2）椭圆精加工（16立铣刀）。

四、任务实施

（二）编写加工程序选用G54设定工件坐标系，Z轴原点设在工件顶面，X、Y轴原点设在工件对称中心。椭圆精加工程序如下：O2510；（程序名，2510号程序）N10G90G17G40G54G00X0Y0Z100M08；（快速定位到G54坐标系X0Y0Z100）N20M03S500；（主轴正转，转速500转/分）N30G68X0Y0R45；（以X0Y0为中心，坐标系旋转45°）N40G00X70Y50Z10；（快速定位到毛坯外侧）N50Z-5；（Z轴下刀）N60G01G41D01X40Y20F80；（建立刀具左补偿，D01刀具半径设为8）N70X40Y0；（沿切向切入椭圆轮廓起点）

四、任务实施N80#3=360；（#3赋值，#3为椭圆方程离心角）N90#3=#3-1；（离心角递减，每次减小1°）N100#1=40*COS[#3]；（离心角每减小1°，当前#1的X节点坐标）N110#2=30*SIN[#3]；（离心角每减小1°，当前#2的Y节点坐标）N120G01X[#1]Y[#2]F80；（按节点坐标直线逼近加工椭圆）N130IF[#3GT0]GOTO90；（假设离心角大于0°，程序转移执行N90段程序）N140G01X40Y-5F100；（沿切向切出椭圆轮廓起点）N150G40X70Y50；（取消刀具左补偿，X、Y退刀）N160G69；（取消坐标系旋转）N170G00Z300M09；（关冷却，快速Z向退刀）N180M05；（主轴停止）N190M30；（程序结束）

五、知识拓展（一）宏程序调用FANUC-OiMA系统的用户宏程序，是用G65指令调用宏程序，宏程序类似于子程序，可以调用，但宏程序中有变量可以运用，在主程序中赋值，变量还可以进行算术运算、逻辑运算和函数运算。1.宏程序调用指令G65调用指令格式：G65P(宏程序号)L(重复次数)(变量分配)；其中：G65—宏程序调用指令；P(宏程序号)―被调用的宏程序号；L(重复次数)―宏程序重复运行的次数，重复次数为1时可省略不写；(变量分配)―为宏程序中使用的变量赋值。

五、知识拓展宏程序可被另一个宏程序调用，最多可调用4重。宏程序调用过程如图2-53所示，图中主程序中G65调用9010号宏程序。图2-53宏程序调用过程图

五、知识拓展2.宏程序的格式宏程序的编写格式与子程序相同。其格式为:O××××；（宏程序名）……（程序段）M99；（宏程序结束）宏程序可以用变量，使用各种运算和各种指令，变量值由主程序中调用变量的程序段赋予。3.自变量指定自变量分为自变量指定Ⅰ和自变量指定Ⅱ两类。（1）自变量指定Ⅰ自变量指定Ⅰ除了G、L、N、0、P以外的其它字母，并且只能使用一次。表2-14为自变量指定Ⅰ的自变量（地址）与变量的对应关系。

五、知识拓展表2-14自变量指定Ⅰ的变量对应关系例：G65P9010L2A1B2；上述程序段为宏程序的简单调用格式，其含义为：调用宏程序号为9010的宏程序运行一次，并为宏程序中的变量赋值，其中，A对应的变量号#1赋值为1，B对应的变量号#2赋值为2。注意：I、J、K三个字母的顺序不能乱,其他字母可以不按顺序。

五、知识拓展表2-15自变量指定Ⅱ的变量对应关系（2）自变量指定Ⅱ自变量指定Ⅱ可以使用A、B、C（一次）和Ii、Ji、Ki，其下标i为1～10。表2-15为自变量指定Ⅱ的自变量（地址）与变量的对应关系。自变量指定Ⅱ用于传递诸如三维坐标值的变量。

五、知识拓展（二）应用举例根据零件图2-51，用宏程序调用方法编写程序。主程序如下：O2511；（程序名，2511号主程序）N10G90G17G40G54G00X0Y0Z100M08；（开冷却，快速定位到G54坐标系X0Y0Z100）N20M03S500；（主轴正转，转速500转/分）N30G68X0Y0R45；（以X0Y0为中心，坐标系旋转45°）N40G00X70Y50Z10；（快速定位到毛坯外侧）N50Z-5；（Z轴下刀）N60G01G41D01X40Y20F80；（建立刀具左补偿，D01刀具半径设为8）N70X40Y0；（沿切向切入椭圆轮廓起点）N80G65P2512A40B30；（调用2