宏程序在數控銑削加工中的應用

【摘 "要】宏程序最大特點就是將有規律的形狀或尺寸用最短的程序段表示出來，使程序編制簡單化，程序容量小且通用性強，具有易讀性、易修改性、邏輯嚴密。掌握宏程序的編程特點，能夠很好地解決實際加工中大平面、球面、倒角、銑螺紋等有規則幾何形狀的工件加工，而且機床在執行宏程序時，較執行CAD/CAM軟件生成的程序更加快捷，反應更迅速，具有靈活性、通用性、智能性。它還可以解決CAD/CAM也不一定能解決的問題。

【關鍵詞】宏程序;變量;CAXA

一、引言

隨著經濟的不斷發展，數控機床的普及和技術推廣，使數控加工在機械制造業中越來越重要，人們對數控技術的認識也在不斷提高。數控程序的編制效率在很大程度上決定了零件的加工精度和加工效率，是數控加工的重要組成部分。由于各種數控編程軟件層出不窮，比較簡單的零件企業也都在使用CAD/CAM軟件編程，自動編程軟件中需要畫圖、設定參數、輸出程序、程序驗證等過程，因此CAD/CAM軟件比較適合復雜零件編程，對于簡單的零件不會提高生產效率，此情況下最大亮點是使用手工編程。但生產中往往忽略了手工編程，特別是宏程序編程，原因就是大家對宏程序不了解。手工編程是基礎，宏程序編程是手工編程的高級形式，在實際加工中自由度大，能按照編程者的意愿控制機床的運動，便于進行程序流程控制，程序可控性、可調性好，程序非常短;自動編程固然在某些方面比較方便，但仍不能取代手工編程。究其原因，是因為自動編程（利用CAM類軟件進行編程），雖然適合進行復雜形狀的編程，但不能按編程人員的意愿加工走刀，空行程多，程序量較大（通常是手工編程的1 000—10000倍），可調性差。

二、解決球面表面粗糙度的問題

1、宏程序特點

宏程序是現代數控系統必不可少的部分，宏程序最大特點就是將有規律的形狀或尺寸用最短的程序段表示出來，具有極好易讀和易修改性，編寫的程序非常簡潔，邏輯嚴密，通用性極強，CAD/CAM軟件能完成的任務，宏程序基本也能完成。而用宏程序編程具有的程序短小精練、加工效率高、具有靈活性、通用性、智能性等諸多優點，是CAD/CAM軟件生成程序不具備的。可以說宏程序的作用與CAD/CAM軟件的作用是并駕齊驅的，且又能克服其缺點。它還可以解決CAD/CAM也不一定能解決的問題。

2、零件圖解析

圖1 零件圖

圖1中的球面是模具中常見的零件特征之一，可以采用自動編程或宏程序編程。無論哪一種編程方式，加工球面時都常采用分層加工，即每一層的走刀軌跡為一個整圓，編制的程序，不僅影響加工精度，而且還影響加工效率。在半球面加工中，通常使用三種方法來確定宏程序的參數變量：第一種是以X軸為自變量（如圖3），即確定一個起始圓的半徑，完成一層后縮小半徑值進行下一層的切削;第二種是以Z軸為自變量（如圖4），即確定切削深度，完成一層后抬起一段高度進行下一層的切削;第三種方法是以角度為自變量，根據角度能夠得出圓的直徑和每一層的高度。然而無論采用哪種方法都存在著加工誤差的不均勻性，設置的步長值與角度值并不能保證每一切削層的殘余高度值一致。設置的步長值或角度值過大，則殘余高度很大;而如果設置的步長值或角度值過小，則會導致加工路徑變長，程序量大，占有的存儲的空間就大加工效率降低。使用CAD/CAM軟件可以編制出受最大殘余高度值控制的數控程序，生成的刀軌為一個環切的刀軌，但其程序的數據量極大，并且對于每個新零件都需要單獨編程。相比之下，宏程序具有編程快捷、簡潔、通用和工藝優化的特點。文中通過分析CAXA自動編程的軌跡，常規的宏程序軌跡的缺點，提出整改措施，即控制半球的分割點，在45°分割點兩側采用不同的自變量，以提高工件表面質量。

圖2 CAXA自動編程仿真

圖3 " X軸為自變量

圖4 "Z軸為自變量

3、解決方案

通過上述分析得出結論，在加工含有球面、橢圓、拋物線等型面工件時，應注意分割點的控制。如圖5所示，利用宏程序在45°分割點兩側采用不同的自變量，以提高工件表面質量。

圖5 "45°分割點控

4、程序

（1）以X、Z軸為變量，45°分割點的程序：

O0001

G90 G00 G54 G40 X0 Y0

Z100 M03 S1000計數器，X軸起始

#1=0

#3=SQRT[2]/2*40分割點

WHILE [#1 GE #3] DO1判別條件

#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]Z軸

位置

G00 X[-#1] Y0

G01 Z[#2] F120

G02 I[#1] J0

#1=#1+0.5

END1

WHILE [#3GE0] DO2

#4=SQRT[[40*40]-[#3*#3]] X軸位置

G00 X[-#4] Y0

G01 Z[#3] F120

G02 I[#4] J0

#3=#3-0.5

END2

G00 Z100

M30

（2）以角度為變量的程序：

O0003

G90 G00 G54 G40 X0 Y0

M03 S1000

G01Z40F120

#1=0X賦值

#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]Z軸

變量

#3=SQRT[2]/2*40

#5=0.5

WHILE[#5LE360] DO1

G68 X0 Y0 R[#5]

M98 P010001

G69 X0 Y0

#5=#5+0.5

END1

G00Z100

M30

子程序：

O0001

#3=SQRT[2]/2*40

#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]

WHILE[#1LE#3] DO1

G01 X[#1] Z[#2] F120

#1=#1+0.5

#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]

END1

#1=0

#3=SQRT[2]/2*40

WHILE [#3 GE 0] DO1

#4=SQRT[[40*40]-[#3*#3]]

G01X[#4] Z[#3]

#1=#1-0.5

END1

M99

三、結論

對于加工不復雜的大平面、球面、橢圓、拋物線、雙曲線、倒角、斜面等工件時，可以采用宏程序來完成。宏程序在形狀相似的零件中應用較方便，即只需改變賦值中的數據即可完成零件加工。當刀具磨損后也可以用宏程序來補償完成加工。宏程序不但可以使用變量及進行變量間的運算、在變量中設定實際值，宏程序還提供了循環語句、分支語句和子程序調用語句，有利于編制各種零件加工程序，避免編程時進行繁瑣的數值計算，精簡了程序量，而且可讀性強，易于檢查，提高加工效率。數控宏程序設計作為一種非常方便實用的編程方法應給予足夠的重視并加以推廣。

參考文獻：

[1]高級/李蓓華主編.數控機床操作工[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2004職業技術·職業資格培訓教材.

[2]金福吉主編.數控大賽試題·答案·點評[M].機械工業出版社，2006.5.

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[4]李峰主編.數控宏程序實例教程.化學工業出版社，2010.4.

[5]陳海舟主編.數控銑削加工宏程序及應用實例（第2版）.機械工業出版社，2008.1.

[6]胡仁喜，萬金環主編.CAXA制造工程師2013機械設計與加工標準實訓教程.印刷工業出版社，2012.10.

作者簡介：

謝 鑫，女，吉林省遼源市人，本科，助理講師，研究方向為機械制造，現為吉林電子信息職業技術學院教師。

侯廣飛，男，內蒙古通遼人，助理講師，研究方向為機械制造。