盤軸類零件典型特征宏程序的開發及應用技術

摘? 要：本文介紹了航空發動機盤軸類典型特征加工編程現狀，提出了提升典型特征編程效率方法，闡述了宏程序的智能化及應用價值。

關鍵詞：盤軸類;典型特征;編程效率;宏程序;智能化

我國目前被譽為“世界工廠”，制造業大國，我國制造工業飛速發展的同時，與世界制造先進水平的差距也在不斷縮小，而作為現代制造技術的靈魂及核心，數控加工技術也得到了廣泛的應用，各類CAD/CAM軟件的應用日趨普及，特別是在數控三維曲面加工中手工編程幾乎無用武之地，而強大的思維定式和使用習慣，使得編程人員不論程序大小，加工難易都習慣使用CAD/CAM軟件編程，手工編程似乎被遺忘了。而在學習手工編程時也只是簡單地學習基本的編程指令，對宏程序也是如此，原因是大家對宏程序不熟悉，往往以為宏程序深不可測，而在實際工作中宏程序確實有著不可替代的地位和重要作用，方便編程，任何數控加工只要能夠用宏程序完整的表達，即使再復雜，其編程篇幅都非常精煉，數控機床執行宏程序時較CAD/CAM軟件生成的程序更加快捷，反應更迅速，使得加工效率大大提高。從國外的數控編程來看，一直以來都沒有放棄手動編程，而一些好的手工編程都是宏程序、子程序以及循環指令等綜合應用，在生產中起著不可替代的作用，特別是針對存在大量相似加工特征的零件，通過自主開發系列特征用戶宏程序，能夠極大提高編程效率，提高程序的智能化、柔性化、標準化水平，也充分顯示了編程者的能力和水平。因此，針對具有大量相似加工特征的航空盤軸類零件，宏程序的開發和應用是非常必要和重要的，如果能夠結合生產實際進行針對性的開發，勢必將在生產中發揮巨大的作用。

1 宏程序的概念、應用范圍及特點

1.1 宏程序的概念

宏程序是編程語言的高級形式，就是通過系統提供的變量、數學運算功能、邏輯判斷功能、程序循環功能等來實現編程的方法。

1.2 宏程序的應用范圍

宏程序的應用范圍非常廣泛，只要能夠通過參數之間的數學關系，建立起相應的數學運算關系，通過邏輯判斷功能將刀具加工路徑描述出來，都能夠應用宏程序進行編程;宏程序的應用主要體現在以下幾個方面：形狀相同尺寸不同：圓、方、有規律的輪廓等;大小相同位置不同：圓陣列、矩形陣列及組孔等;特殊形狀：橢圓、漸開線等能夠通過幾何關系建立數學模型的幾何形狀;自動化功能：刀具長度測量、刀具壽命管理、生產管理、在線測量等;其他功能：機床制造商或用戶根據自身需求開發的一些特殊功能，如數控磨砂輪修整功能等。

1.3 宏程序的特點

參數化：與程序相關的所有因素都可以進行參數化定義和編程，考慮的因素越多，參數化程度越高，程序的柔性、智能化程度、實用性和應用范圍越廣泛，更容易進行工程化推廣應用;智能化：根據某一加工特征開發的用戶宏程序，只需要根據不同的工況，輸入相應參數，宏子程序根據變量的賦值，自動選擇加工方式和計算刀具路徑;而且，可以根據加工過程中實際工況，更改對應的參數，實現程序的高效編制、更改及優化，極大提高程序的編制、更改及優化效率;比如工藝圖紙尺寸的更改、刀具幾何尺寸的更改（刀尖圓弧、刀寬）、切削深度的優化、走刀方式的優化等;模塊化：能夠實現某一幾何特征加工的宏子程序，就是一個功能模塊，一個功能模塊就能夠實現全部該類特征的加工;集成化：在加工某一零件時，經常需要調用多種能夠實現不同部位和特征加工的宏程序模塊，我們只需根據實際工況將不同加工類型的宏程序模塊集成在一個主程序內，就能夠實現該零件的加工，這就是宏程序的集成化特點。由于我們可以高效快捷的根據加工需要將各種實現不同加工功能的宏程序模塊進行任意組合，從而能夠進一步拓展宏程序的應用范圍，減少技術員的編程工作量，提高編程效率;省時減負：由于同一加工類型的宏程序，不用再進行該類型程序的重復性編制，只需更改相關參數即可達到更改整個程序的目的，節省了大量的同類程序的重復編制時間，極大減輕了編程人員工作量，同時減少現場的程序準備等待時間，提高生產準備效率。

方便管理：在宏程序應用前，由于同一加工特征程序數量極大，占用大量機床內存空間，導致機床內存不足，機床內部程序需要經常重復下發和刪除，才能夠實現程序下發，由此造成大量時間浪費。而宏程序模塊具有短小精的特點，程序簡短，單個加工特征宏子程序只占用一個程序號和空間，只需傳輸一次，節省機床內存空間，解決了內存不足反復傳輸造成的時間浪費。同時只需要完善宏主程序即可完成程序完善，無需對子程序完善，程序極其簡短，方便程序維護和管理。

2? 宏程序的開發過程

2.1? 宏程序的構成

宏程序由變量、數學運算關系語句、邏輯判斷語句構成，既可以在主程序中使用，也可以當作子程序調用。當然，不同數控系統宏程序的格式和表達式有很多不同之處，但他們的基本算法和原理是一樣的，只要掌握其中一種數控系統宏程序的結構算法和編程方式方法，其他數控系統只需套用相應格式就可以了。

2.2? 盤軸類零件典型特征宏程序的開發

2.2.1 盤軸類宏程序開發背景

航空發動機盤軸類零件大部分存在相似的加工特征，這部分加工特征的數控加工編程數量占編程總量的近一半。采用傳統手動或CAM點位編程方式，需要不斷重復編制程序，進行CAD制圖→數控加工方案規劃→CAM各項加工選項設置→后置處理生成程序→程序校對→下發等步驟，如程序存在問題或加工條件發生變化，還需要重復上述步驟，花費大量編程及更改、優化時間，不僅增加了工藝人員工作量，而且編程時間長，程序質量差異大，效率低，需要花費工藝技術人員大量編程時間，編程效率低，編程標準不統一，編程質量差異大。同時，編制的數控程序由于編程質量差、刀具更換、幾何尺寸更改、不同操作系統、不同結構和功率機床更改等原因，需要進行大量的同類特征程序重復性編制、更改和優化工作，耗費編程人員大量時間;程序的更改、優化效率低，編程工作量大，已經嚴重影響技術及生產運行效率。因此，這部分加工特征需要我們基于數控系統宏程序語言格式進行程序的二次開發，通過開發全參數化的用戶宏程序（宏程序模塊），從而實現高效、智能、高質量的編程以及程序的快速更改優化，降低編程工作量，實現高效、高柔性的編程方式，解決相同特征程序重復性編制技術難題。

該項技術主要研究內容包括：航空盤軸類零件加工特征分析、提取及規劃技術研究;航空盤軸類加工特征宏程序系列化、標準化、模塊化應用技術研究;盤軸類加工特征宏程序開發與仿真技術研究;宏程序防錯、防誤應用技術研究。

2.2.2 宏程序格式

分支語句：IF [條件表達式] GOTOn;含義：當條件滿足時，程序就跳轉到同一程序中語句標號為n的語句上繼續執行;當條件不滿足時，程序執行下一條語句。循環指令：WHILE [條件表達式] DOm… …ENDm;含義：當條件滿足時，執行從WHILE到DOm之間的語句;當條件不滿足時，程序執行下一條語句。循環指令：IF [條件表達式] THEN… …;含義：當條件滿足時，執行THEN后的后程序語句，只執行一個語句。

2.2.3 盤軸類零件典型加工特征提取

我單位加工的零件以盤軸齒輪類零件為主，盤軸齒輪類結構絕大多數相同，典型加工特征主要包括：數控銑類型：①U型鍵槽②圓周（弧）均布直邊③圓周（弧）均布銑孔④圓周（弧）均布鉆孔⑤圓周（弧）均布凸臺⑥圓周（弧）均布凹槽⑦圓周（弧）均布內螺紋⑧圓柱面均布孔倒圓;數控車類型：①外徑槽②端面槽③內孔槽④輻板槽⑤螺紋去首尾不完整扣。通過提取出的主要加工特征，進行分類，分類過程是不斷完善的過程，需要長期現場跟蹤，持續改進和完善，從簡單到復雜的過程，從而不斷拓展宏程序的應用范圍，提高宏程序現場適用度。

2.2.4 開發過程

這一過程需要開展以下幾項工作：不斷完善幾何特征數據，拓展應用范圍，提高宏程序適用度;優化變量設置，定義變量含義，不斷引入新功能變量，提高程序質量，拓展應用范圍;實現加工特征幾何參數變量的可視化;合理加工策略的制定/走刀方式的規劃：現場長期跟蹤，總結問題并及時升級優化 ;融入專家知識庫經驗，提供豐富的加工策略，實現防錯防誤，提高程序質量和現場適用度。

這一階段需要通過長期現場跟蹤，不斷發現需要完善和改進的地方，通過融入專家知識經驗，制定出針對不同工況的加工策略，提供多種走刀方式，解決各種復雜工況加工應用問題;同時，增加了防錯防誤措施，從而實現高質量、高效率的編程，進一步提高現場適用度，從而最終實現工程化應用。

3. 宏程序在航空盤軸類零件典型加工特征中的綜合應用

該典型軸齒輪零件7個幾何特征全部實現宏程序應用，程序及其簡短，編程效率高，4個工步編程至下發時間由原來的8個多小時縮減為現在的0.5小時之內，實現程序的高效、高質量編制，充分體現了宏程序應用模塊化、集成化、智能化特點，融入的專家經驗解決了槽類特征車削斷屑難的技術難題。目前，該系列宏程序已經累計節省4000多個典型特征程序編制和應用，節省編程及生產準備時間3500多小時，實現了航空發動機盤軸類零件主要加工特征宏程序系列化、規范化、標準化、智能化、集成化的現場加工應用;

4? 結束語

基于典型加工特征的全參數化用戶宏程序在數控制造技術較為發達國家推廣較好，在我國航空發動機制造領域應用的程度和廣度都比較欠缺，在該領域具有廣闊的應用前景。隨著人們對該項技術認知程度和重視程度的提高，該項技術在航空發動機制造領域必將具有非常廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]高媛媛.數控編程中宏程序的重要性.Exploration Area，2017.

[2]陳銀清. 宏程序在數控加工中的應用研究. 機床與液壓，2009.

作者簡介：

王作鵬（1977.03-），男，漢族，黑龍江省哈爾濱市，大學本科學歷，職稱：高級工程師，研究方向：機械加工