《数控铣削编程与操作 项目教程》-项目８

任务１阵列孔的数控铣削编程与加工8.1.1任务书(1)任务要求:阵列孔的数控铣削编程与加工。(2)数控系统:采用FANUC-0i数控系统。(3)软件要求:上海宇龙软件有限公司开发的数控加工仿真系统。(4)任务内容:完成如图8.1.1所示零件的加工，孔直径8mm，深度20mm。已知毛坯材料为45号钢，毛坯尺寸为200mmx100mmx50mm,6个表面均能满足粗糙度要求。根据零件图要求，制定零件加工工艺，编写零件加工程序，首先进行仿真加工，然后在数控铣床上进行实际加工，并对加工后的零件进行检测、评价。下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工(5)任务提交:在数控加工仿真系统中完成图8.1.1所示零件的仿真加工。(6)评价标准:见表8.1.1。８.１.２任务准备８.１.２.１编程前的准备１）零件图分析该零件主要是加工阵列孔，没有几何公差要求，整体加工精度要求不高，能保证孔径尺寸和位置尺寸就可以。孔的排列有一定的规律性，为了简化编程，考虑使用宏程序和孔加工固定循环指令编程。２）建立工件坐标系上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工以零件上表面的一个顶点作为工件坐标系原点，建立工件坐标系，如图８.１.１所示。３）确定加工方式根据图样加工要求，采用麻花钻完成加工。４）装夹方式的确定选用平口虎钳装夹，工件上表面高出钳口约１５ｍｍ。５）刀具及切削用量根据加工要求，拟用直径８ｍｍ的麻花钻完成加工任务。刀具参数见表８.１.２。所选刀具如图８.１.２所示。切削用量见表８.１.３。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工６）走刀路线的确定加工此零件，刀具铣削平面路线如图８.１.３所示。（１）刀具沿着Ｚ轴快速定位至Ｚ２００.０位置。（２）刀具沿着Ｘ轴和Ｙ轴快速定位到工件坐标系原点（Ｘ０，Ｙ０）。（３）按照图８.１.３走刀顺序钻孔加工。（４）刀具沿着Ｚ轴快速升至Ｚ２００.０处。７）定义变量根据图８.１.３走刀路线要求，定义各变量。变量赋值及含义见表８.１.４。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工８.１.２.２编写加工程序阵列孔加工程序见表８.１.５。８.１.３任务实施８.１.３.１仿真加工仿真加工按照如下顺序进行：选择机床—控制系统选择ＦＡＮＵＣ０ｉ系统—机床类型选择标准铣床—机床回参考点—定义毛坯—安装毛坯—安装刀具—对刀操作—编辑加工程序—检查运行轨迹—自动加工—检测工件。仿真加工后的零件如图８.１.４所示。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工８.１.３.２机床加工（１）准备机床。（２）安装工件。（３）刀具准备。（４）程序准备。（５）对刀操作。（６）验证程序。（７）自动加工。（８）零件检测。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工８.１.４知识包８.１.４.１宏程序的基本概念ＦＡＮＵＣ系统中的用户宏程序功能最早见于２０世纪７０年代ＦＡＮＵＣ公司与西门子公司联合开发的ＦＡＮＵＣ７Ｍ系统，２０世纪８０年代，ＦＡＮＵＣ３Ｍ系统中出现了用户宏程序功能Ａ，在ＦＡＮＵＣ６Ｍ系统中开发了用户宏程序功能Ｂ，基本上属于计算机高级语言编程，在以后的ＦＡＮＵＣ０ｉ系统中又增加了一些新的功能。ＦＡＮＵＣ用户宏程序功能分为Ａ、Ｂ两种，其功能差异并不大，但在编程和分析判读方面，Ｂ功能要比Ａ功能清晰容易得多。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工Ａ功能使用的是Ｇ６５Ｈｍ指令，指令格式长而含义表达含糊，Ｂ功能使用的是高级语言编程，表达式简单明了且含义清晰。在用户宏程序发展的初期，Ａ类宏功能用于车床数控系统较多，Ｂ类宏功能用于铣床和加工中心数控系统较多，而现在绝大部分ＦＡＮＵＣ系统中都应用了Ｂ类宏功能，使宏程序的编制得到了简化，本书均是Ｂ类宏功能编程。１）宏程序的定义以一组子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序，简称宏程序；调用宏程序的指令称为用户宏程序指令，或宏程序调用指令（简称宏指令）。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工普通的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适用性。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，也可以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。通过使用宏程序能执行一些有规律变化（如非圆二次曲线轮廓）的动作。２）宏程序中的变量在常规的主程序和子程序内，总是将一个具体的数值赋给一个地址；为了使程序更加具有通用性、灵活性，故在宏程序中设置了变量。（１）变量的表示。一个变量由符号“＃”和变量序号组成，如：＃Ｉ（Ｉ＝１，２…）。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工此外，变量还可以用表达式来表示，但其表达式必须全部写入方括号“［］”中。（２）变量的引用。将跟随在地址符后的数值用变量来代替的过程称为引用变量。同样，引用变量也可以用表达式。（３）变量的种类。变量分为局部变量、公共变量（全局变量）和系统变量三种。在Ａ、Ｂ类宏程序中，其分类均相同。①局部变量（＃１～＃３３）是在宏程序中局部使用的变量。当宏程序Ｃ调用宏程序Ｄ而且都有变量＃１时，由于变量＃１服务于不同的局部，所以Ｃ中的＃１与Ｄ中的＃１不是同一个变量，因此可以赋予不同的值，且互不影响。关闭电源时，局部变量被初始化成“空”。宏调用时，自变量分配给局部变量。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工②公共变量（＃１００～＃１４９／＃１９９；＃５００～＃５４９／＃５９９）贯穿于整个程序过程。它可以在不同的宏程序间共享，当宏程序Ｃ调用宏程序Ｄ而且都有变量＃１００时，由于＃１００是全局变量，所以Ｃ中的＃１００与Ｄ中的＃１００是同一个变量。关闭电源时变量＃１００～＃１４９被初始化成“空”，而变量＃５００～＃５３１保持数据。公共变量＃１５０～＃１９９和＃５３２～＃９９９也可以选用，但是当这些变量被使用时，纸带长度减少了８.５ｍ。③系统变量（＃１０００～）是指有固定用途的变量，它的值决定系统的状态。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工系统变量用于读写各种ＮＣ数据项，如当前位置、刀具补偿值。系统变量包括刀具偏置值变量，接口输入与接口输出信号变量，位置信号变量等。８.１.４.２宏程序编程１）变量的赋值赋值是指将一个数据赋予一个变量。如：＃１＝０，则表示＃１的值是０。其中＃１代表变量，“＃”是变量符号（注：根据数控系统不同，它的表示方法可能有差别），０就是给变量＃１赋的值。这里的“＝”号是赋值符号，而不是等于的意思，它起语句定义作用。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工变量的赋值方法有两种，即直接赋值和间接赋值。（１）直接赋值。直接赋值的方法较为直观、方便，其书写格式如下：例：＃１＝１１５（表示将变量１１５赋值于＃１变量）＃１００＝＃２（表示将变量＃２的即时值赋予变量＃１００）（２）间接赋值。间接赋值就是用演算式赋值，即把演算式内演算的结果赋给某个变量。在演算式中有自变量代号，自变量每得到一个即时值，相应就得到一个演算结果，该结果就赋值给变量，该变量也叫应变量。给变量赋值时，需要注意以下问题：上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工①赋值号两边内容不能随意互换，左边只能是变量，右边只能是表达式。②一个赋值语句只能给一个变量赋值。③可以多次向同一个变量赋值，新变量值取代原变量值。④赋值语句具有运算功能，它的一般形式为：变量＝表达式。⑤在赋值运算中，表达式可以是变量自身与其他数据的运算结果，这称为自变量的自加功能。⑥赋值表达式的运算顺序与数学运算顺序相同。⑦角度的单位要用浮点表示法。⑧不能用变量代表的地址符有：Ｏ、Ｎ、：、／。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工Ｏ＃１０１和Ｎ＃５１１都是错误的。另外，辅助功能（准备功能、主轴功能、刀具功能）的变量有最大值限制，比如令＃１０２＝３００，Ｍ＃１０２显然是不合理的。２）宏程序运算指令宏程序的变量不但可以赋值，而且变量之间还可运算。变量运算见表８.１.６。说明：（１）变量之间可以使用混合运算，但运算顺序有先后。其级别是先函数，再乘除，最后加减。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工（２）变量之间的运算顺序可以用［］（括号）改变，最里层的［］运算优先，［］最多可以嵌套５重（包括函数中的括号）。对于反正弦（ＡＳＩＮ）取值范围如下：①当参数（Ｎｏ.６００４＃０）ＮＡＴ位设为１时：－９０°～９０°。②当＃ｊ超出－１～１时发出Ｐ／Ｓ报警Ｎｏ.１１１。对于反余弦（ＡＣＯＳ）的取值范围如下：①取值范围１８０°～０°。②当＃ｊ超出－１～１时发出Ｐ／Ｓ报警Ｎｏ.１１１。对于反正切（ＡＴＡＮ）的取值范围如下：上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工①当参数（Ｎｏ.６００４＃０）ＮＡＴ位设为０时：０°～３６０°；②当参数（Ｎｏ.６００４＃０）ＮＡＴ位设为１时：－１８０～１８０°。３）宏程序控制指令普通程序的执行是按照程序段的先后顺序执行的，而宏程序中有多种控制指令，可以控制程序执行的顺序，使程序按照人的意图执行。常用的控制语句有：转移语句和循环语句。（１）转移语句。①无条件转移语句。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工编程格式：ＧＯＴＯｎ；（ｎ为顺序号１～９９９９９）②条件转移指令。条件转移指令有两种格式。ａ．ＩＦ［条件表达式］ＧＯＴＯｎ。如果指定的条件表达式满足，转移到标有顺序号ｎ的程序段；如果指定的条件表达式不满足，则执行下个程序段，执行顺序如下：上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工如果变量＃１中的数值大于１０.０，则程序跳转到Ｎ１００行执行；如果变量＃１中的数值小于１０.０，则程序顺序执行Ｎ３０语句。转移语句可以从当前程序段向后跳转（从当前行号向行号大的方向跳转），跳过某些不需要的程序段而执行其他的程序；转移语句也可以从当前程序段向前跳转（从当前行号向行号小的方向跳转），这种方式可以形成程序循环。ｂ．ＩＦ［条件表达式］ＴＨＥＮ。如果条件表达式满足，执行预先决定的宏程序语句，只执行一个宏程序语句。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工如果变量＃１中的数值大于１０.０，则程序中变量＃２的数值为０；如果变量＃１中的数值小于１０.０，则程序顺序执行Ｎ３０语句，程序中变量＃２的数值为３０.０。（２）循环语句。其编程格式：ＷＨＩＬＥ［条件表达式］ＤＯｍ（ｍ＝１，２，３）；上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工…；ＥＮＤｍ；“ＷＨＩＬＥ…ＥＮＤｍ”程序的含义为：条件表达式满足时，程序段ＤＯｍ至ＥＮＤｍ即重复执行；条件表达式不满足时，程序转到ＥＮＤｍ后执行。如果ＷＨＩＬＥ［条件表达式］部分被省略，则程序段ＤＯｍ～ＥＮＤｍ之间的部分将一直重复执行。（３）关于［条件表达式］的说明。条件表达式必须包括逻辑运算符，逻辑运算符插在两个变量中间或变量和常数之间，必须用括号［］封闭，表达式可以替代变量。上一页下一页返回任务１阵列孔的数控铣削编程与加工逻辑运算符通常由两个字母组成，用于两个值的比较，以决定它们是相等还是一个值小于或大于另一个值，具体含义见表８.１.７。４）宏编程的步骤（１）确定走刀轨迹路线。确定加工工件时的走刀轨迹，刀具如何运动，确定程序中有几个变量值，需要几个变量号。（２）由动作可知道有几层变量，确定每层的计算公式，一层变量为一个循环。确定这层循环之间的关系及数学表达式。（３）将变量的初始值放在此层的循环外边，不可放在此循环内，否则没有计算结果，永远执行初始循环。执行死循环，将表达式放在循环内，以便刀具按照计算轨迹进行运动。上一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工8.2.1任务书

(1)任务要求:椭圆轮廓的数控铣削编程与加工。

(2)数控系统:采用FANUC一Oi数控系统。

(3)软件要求:上海宇龙软件有限公司开发的数控加工仿真系统。(4)任务内容:完成如图8.2.1所示零件的加工。已知毛坯材料为45号钢，毛坯尺寸为100mmx100mmx50mm,6个表面均能满足粗糙度要求。根据零件图要求，制定零件加工工艺，编写零件加工程序，首先进行仿真加工，然后在数控铣床上进行实际加工，并对加工后的零件进行检测、评价。下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工(5)任务提交:在数控加工仿真系统中完成图8.2.1所示零件的仿真加工。

(6)评价标准:见表8.2.1。８.２.２任务准备８.２.２.１编程前的准备１）零件图分析该零件主要是加工椭圆凸台，考虑使用宏程序编程。２）建立工件坐标系以零件上表面的中心作为工件坐标系原点，建立工件坐标系，如图８.２.１所示。上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工３）确定加工方式根据图样加工要求，采用ϕ３０ｍｍ的平底铣刀，采用逆铣加工完成。４）装夹方式的确定选用平口虎钳装夹，工件上表面高出钳口约１５ｍｍ。５）刀具及切削用量根据加工要求，拟用直径３０ｍｍ的平底铣刀完成加工任务。刀具参数见刀具卡片表８.２.２。所选刀具如图８.２.２所示。切削用量见表８.２.３。６）走刀路线的确定上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工加工此零件，刀具铣削平面路线如图８.２.３所示。（１）刀具沿着Ｚ轴快速定位至Ｚ２００.０位置。（２）刀具沿着Ｘ轴和Ｙ轴快速定位到起刀点（Ｘ－７０，Ｙ－５５）点正上方。（３）落刀至Ｚ－４处后，按照图８.２.３所示走刀顺序加工轮廓。（４）刀具沿着Ｚ轴快速升至Ｚ２００.０处。７）定义变量根据图８.２.３和走刀路线要求，定义各变量。变量赋值和含义见表８.２.４。上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工８.２.２.２编写加工程序此零件的加工程序见表８.２.５。８.２.３任务实施８.２.３.１仿真加工仿真加工按照如下顺序进行：选择机床—控制系统选择ＦＡＮＵＣ－０ｉ系统—机床类型选择标准铣床—机床回参考点—定义毛坯—安装毛坯—安装刀具—对刀操作—编辑加工程序—检查运行轨迹—自动加工—检测工件。仿真加工后的零件如图８.２.４所示。上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工８.２.３.２机床加工（１）准备机床。（２）安装工件。（３）刀具准备。（４）程序准备。（５）对刀操作。（６）验证程序。（７）自动加工。（８）零件检测。上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工８.２.４知识包非圆曲线的加工一般数控系统只有直线和圆弧插补功能，对于非圆曲线，例如：椭圆、正（余）弦曲线、抛物线、双曲线等轮廓，无法通过系统插补功能直接加工。这些非圆曲线一般由不同的数学方程来表示，可以通过用数量极多的有限段小的直线段或圆弧段逼近形成非圆曲线，如果线段选得很小，就可以使逼近误差小于非圆曲线的允许误差，从而加工出非圆曲线。关键在于逼近直线段与理想曲线之间交点的坐标值的计算。例如：图８.２.５中圆用内接十边形逼近，用１０段直线段逼近圆误差较大，如果内接多边形的边数是１０００，用１０００段直线段逼近圆，其误差则会小得多。上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工当然也可以用圆弧段逼近，最常用也最简单的是直线段逼近非圆曲线，直线段逼近也有等间距逼近、等弦长逼近和等误差逼近等方法，其中以等间距逼近最为简单，只要间距选得足够小，误差就可以控制在公差范围之内。下面以椭圆曲线为例介绍非圆曲线的宏程序编制。对椭圆曲线进行数学分析。在ＸＯＹ坐标平面内，椭圆曲线的图形如图８.２.６所示，其曲线方程椭圆曲线上任意一点的坐标值为（Ｘ，Ｙ），如果已知任意一点的Ｘ坐标值，可以通过椭圆曲线方程求出Ｙ坐标值，反过来也一样。上一页下一页返回任务２椭圆轮廓的数控铣削编程与加工以Ｘ坐标为自变量，那么椭圆的曲线方程化为,这样已知任意一点的Ｘ坐标值，就可以通过