軸類零件環槽宏程序的編寫方法與技巧

摘要：在飛控系統各類閥套、閥芯等零件中，外圓、內孔的環槽型面占了零件特征很大一部分，在數控加工編程過程中，若全部用G代碼或子程序來編寫，不僅復雜、繁瑣，而且檢查校對費時，容易出錯，更有復雜的環槽用子程序無法實現，所以開發實用性好、高效率的宏程序非常有意義，為此，本文總結了數控車削中軸類回轉體零件各類環槽加工的宏程序編寫方法和技巧。

關鍵詞：環槽 宏程序 分層切削 結構 循環

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

宏程序是在常規手工編程方式上附加的、更為高效的、更為通用的編程方式，它大量使用了各種變量、運算指令和控制指令，提供循環、判斷、分支等的調用，從而大大精簡了程序編制的容量。在數控車削加工中通過編輯宏程序能夠完成常規的數控編程指令不能完成的特殊型面，如當加工的型面母線是橢圓、拋物線等時。另外當加工零件圖形相似，尺寸不同或者工藝路徑一樣，位置不同的系列零件時，通過調用一個宏程序，反復執行某幾句代碼來達到減少編寫代碼的目的，從而極大地簡化編程，使得程序邏輯嚴密，方便檢查，不易出錯。

1.典型環槽編程方法與技巧

1.1 多窄槽車削宏程序編程方法

窄槽車削，選擇主切削刃寬度等于槽寬的切槽刀具，縱向走刀一次將槽切出。多窄槽車削時，從零件右側切入─退出─Z方向左移一個槽間距…切入─退出…，如此反復完成多窄槽的加工

圖 1. 多窄槽零件二維、三維圖及主要尺寸

（1）參數化編程

參數化編程，也就是宏程序設計，即用參數語句編寫程序，只要改變參數的值就可以加工不同尺寸的零件 。宏程序調用語法是：G65 P<程序號> L<重復次數><參數1>…<參數n>，程序號是已經存在的要被調用的程序號；重復次數是被調用程序連續執行的次數，默認為1；參數用于給宏程序中的變量傳遞指定的初始值。

在宏程序中對于零件的坐標值、切削用量等用宏變量來表示，宏變量是一個數學量，它能假設在其允許范圍內的任何值，變量符號是#，后面緊跟著一個在允許范圍內（這取決于控制系統版本）的數字（叫做變量號）。在多窄槽加工程序中設置兩個關鍵變量分別表示環槽個數和第一個環槽軸向坐標值，通過該變量的累加和運算來控制切槽的數量和每一個環槽的軸向坐標。

（2）單個循環結構

循環，就是只要滿足指定的條件，程序中的某些語句可以被反復執行。FANUC 系統宏循環采用的是while條件判斷語句，while語句的格式為：

while[條件表達式] DO m；（m=1，2，3）

…<循環內程序段>

END m；

當條件表達式成立時，執行DO到END之間的語句，否則執行END后面的語句。

加工多個窄槽時，只需在宏程序里編制一個條件判斷語句while即可，其宏程序流程如圖2所示。

圖2 多窄槽加工宏程序框圖

1.2 寬環槽車削宏程序設計

1.2.1 單個深、寬環槽程序設計

在切削深、寬環槽時，不僅需要在Z方向上分次切削，另外X方向槽較深，考慮排屑困難及刀具強度等因素，必須實行分層多次切削，即：采用從凹槽右側切入─退出─Z方向左移─切入… X方向向下移動切入─退出─Z方向左移動…，如此反復完成槽的加工。

圖 3單個深、寬環槽零件二維、三維圖及主要尺寸

（1）循環嵌套結構實現徑向和軸向分層切削

一個循環結構內含有另一個循環，稱為循環嵌套結構，又稱多重循環。單一的循環語句用于當滿足指定的條件，完成一些同樣的操作，另一方面，在條件循環中，如果每個操作包含另外一套相同的操作就可以使用循環嵌套。在此深、寬環槽加工編程時，采用循環嵌套結構，由兩個while statement語句組成，外層循環用來控制X向切深，內層循環用來控制Z向切寬，這種方法極大地化簡了編程，精簡了程序，并且邏輯非常嚴密，易讀易改。

（2）針對不同刀寬的防錯程序設置

在加工寬槽時，槽的寬度是切槽刀具的n倍，一般軸向至少要分n次切削，，但當n為非整數時，為了不將寬槽多切或少切需在程序中進行特殊的設置，例如，將WHILE語句中條件表達式設為： [#1 LT #2] ，條件表達式中#1為寬槽起點坐標，#2為寬槽終點坐標，中間的符號要用LT（小于），當每次循環執行完畢后再在#2處（槽的終點坐標處）切削一次。

（3） 倒角、倒圓、去毛刺

當環槽有倒角、倒圓或者去毛刺要求時，可在程序中設置宏變量，利用切刀單側切削刃加工完成。

車削單個深、寬環槽的加工流程如圖4所示。

圖4 單個深、寬環槽的宏程序框圖

1.2.2等距多寬槽程序設計

此類環槽槽較寬，且個數較多，需要在在Z方向上分次切削切完一個槽之后刀具軸向移動一個槽距再加工第二個寬槽，如此反復直到加工完全部槽。即：采用從凹槽右側切入─退出─Z方向左移─切入─退出─平槽底…軸向移動一個槽距… 切入─退出─Z方向左移─切入─退出─平槽底…，如此反復完成槽的加工。

圖 5 等距多寬槽零件二維、三維圖及主要尺寸

（1）循環+分支結構

面對該類零件，最簡潔的方法是采用一個WHILE循環語句+IF語句的結構來完成，比如循環語句控制槽寬，IF語句控制切槽的數量，主程序只需調用一次宏程序就能完成全部環槽加工。

（2 ）算術運算指令自動計算各槽坐標點

宏程序中可以將變量進行算術運算，然后賦給該變量本身或者另一個變量。在等距多寬槽切削時，可以將寬槽的起始點設置成兩個變量，這兩個變量自身進行相應的算術運算，得出每個環槽的起始坐標，這樣加工者不用去計算每個寬槽的起始點坐標。

（3）粗、精車保證槽底光潔度

在加工寬槽時，在分幾次橫向切完寬槽后，縱向走刀平槽底，保證槽底的光潔度要求。該程序中，我們可以將橫向切削尺寸編寫為小于實際尺寸0.02，在循環體外編寫一個平槽底程序，這樣每當執行完一次循環加工完一個寬槽后就會緊跟著精車槽底。

（4）尖邊倒角、倒圓、去毛刺及防錯設計

零件的尖邊倒角、倒圓、去毛刺及防錯設計與單個深、寬環槽程序設計相同。

等距多寬槽宏程序流程如圖6所示。

圖6 等距多寬槽的宏程序框圖

1.3 非等距寬槽宏程序加工技巧

在許多零件中多寬環槽并非全部等距，而是呈等差遞增（即槽寬一致，槽間距呈等差遞增）如圖7（a）；多個階梯等距遞增（槽寬一致，槽間距相等，多個環槽槽徑呈等差遞增）如圖7（b）；或者多個階梯等差遞增（槽寬一致，槽間距與槽徑均呈等差遞增）如圖7（c）等各種形式，

在編制以上這幾類宏程序時，其編程思路與刀具路徑規劃與等距環槽相似，在編制等差遞增寬槽宏程序時時增加一個變量，使環槽起點與終點Z向坐標值等差遞增；編制多個階梯遞增寬槽宏程序時設置槽徑自身累加，實現槽徑等差遞增；在編制多個階梯等差遞增槽寬宏程序時將以上二者相結合。通過宏變量的靈活運用來實現不同類型的多環槽加工，這是一般的程序和子程序不能實現的。

a）等差遞增寬環槽 b）階梯等距遞增寬環槽 c） 階梯等差遞增寬環槽

圖7非等距寬槽典型零件

2.等距寬環槽宏程序編程應用舉例

以圖5所示零件介紹如何編制多個等距寬環槽宏程序，零件材料為不銹鋼。在切削這類形狀相似、尺寸不同的環槽零件時，為提高宏程序的通用性，我們需將程序中尺寸坐標值、切削用量、倒角等全部用宏變量來代替，只需在主程序中通過參數給相應的變量指定初始值即可。其具體程序如下所示：

O0004 （主程序號）

M98 P1；

G97 S800 M13；

T15；

X12.；

Z2.；

G65 P0005 V5. A10. B17. Y11.H10.D8.Z2.； （調用0005號宏程序，并給

相應字母賦值，V 為環槽的個數，A為第一個環槽的起點Z向坐標， B為第一個環槽的終點

Z向坐標，Y 為倆個槽起點之間的軸向距，H為外圓直徑，D為槽徑）

M98 P1；

M30；

O0005； （宏程序號）

#18=0； （設置#18變量的初始值）

#4=0； （切槽的初始次數）

#5=#1； （#1變量的初始值賦給中間變量#5）

#6=#2； （#2變量的初始值賦給中間變量#6）

N1 #1=#1+#25*#18； （計算環槽起點Z向坐標值）

#2=#2+#25*#18； （計算環槽終點Z向坐標值）

#1=#1+#26； （Z向起點坐標增加一個刀寬）

#10=#1； （#1變量的值賦給#10）

WHILE[#1 LT #2] DO2； （如果#1 小于#2，則在WHILE[#1 LT #2] DO2

和 END2之間循環，否則調出循環）

G0 Z-#1； （快速到達切槽的起點軸向位置）

G1 G99 X#7 F.03； （X向切槽）

G00 X[#11+1]； （退刀）

#1=#1+#26； （每次移過一個刀寬）

END2；

G00 Z-#2； （為避免每個寬槽過切或少切在寬槽終點處單獨切削一次，為 防止重復切削在上面的條件表達式中符號設為LT）

G1 G99 #7 F.03 ；

X#11 ；

G00 Z-#10；

G1 G99 #7 F.03；

Z-#2； （精加工槽底）

X#11；

#18=#18+1； （#18變量累加1）

#4=#4+1； （切槽的次數累加）

#1=#5； （中間變量#5的值重新賦給#1變量）

#2=#6； （中間變量#6的值重新賦給#2變量）

IF [#4 LT #22] GOTO1； （條件判斷，如果#4 小于#22，則跳轉到N1）

M99；

程序中字母地址和變量之間的對應關系如表1所示：

表1 字母地址與變量關系對應表

地址變量號地址變量號地址變量號

A#1B#2C#3

D#7E#8F#9

H#11I#4J#5

K#6M#13R#18

V#22Y#25X#24

W#23Z#26

3.結語

本文從多種結構并存，運用循環、循環嵌套及條件語句等進行分層多次切削，使用變量的運算及通過變量的靈活應用等總結了軸類零件多窄槽、單個深寬槽、等距多寬槽、各種非等距多寬槽的宏程序的編寫方法和技巧。并舉例說明了宏程序的編程步驟，該方法大大精簡了程序的篇幅，使得程序短小精湛，邏輯嚴密。主程序只需調用一次宏程序即可完成全部加工內容。編程中的一些防錯設置、粗精加工等確保了刀具的安全性和零件的精度，參數的變量化使得程序具有了通用性，充分發揮了宏程序在環槽車削中的優越性，同時為其他相似型面宏程序設計提供參考和借鑒。

參考文獻

[1] 沈春根，徐曉翔，劉義.數控車宏程序編程實例精講.機械工業出版社，2011.12.

[2]S.K.Sinha. 數控宏程序編程技術.科學出版社，2011.

[3] 吳長有.數控車床加工技術.機械工業出版社，2010.4