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1、宏程序编程在轮廓铣削中的应用2007年1月（总第145期）叶凯漳州职业技术学院 福建 漳州 363000摘 要：通过对变量进行赋值及处理的方法达到程序功能的程序叫宏程序，通过编程实例介绍了宏程序编程在有规则的曲线、曲面铣削加工中的应用。关键词：宏程序 变量 编程 铣削在普通程序的编制中，一般是将一个具体数值赋给功能字，如G00 X10.，就是将10赋给功能字X。在宏程序编程中，可以将变量赋给功能字，在程序中或MDI面板上改变变量代表的数值，这种在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理的方法达到程序功能的程序叫宏程序。 相对普通程序，由于宏程序编程可以使用类似计算机编程语言中的函数变量，使得程
2、序编制更加容易和灵活，可实现普通编程难于实现的功能。宏程序编程属手工编程，其程序功能虽然也可以通过CAM编程实现，但CAM生成的程序往往较长，空刀运行的部分较多，降低加工效率，因此，在数控铣削中，对于非圆曲线、曲面、圆角、倒角的加工，当程序容量较小时，应用宏程序编程具有其独特的优点。一XY平面非圆曲线的加工1非圆曲线参数方程编程前必须明确所加工的非圆曲线的参数方程，即x=x(t)，y=y(t)，常用的非圆曲线有：椭圆、渐开线、摆线、抛物线等，参数方程如下：椭圆： x=a cost y=b sint渐开线： x=r cost + rtsint y=r sint - rtcost摆线： x=r（t
3、 sint） y=r（1 cost）2程序编制编制非圆曲线程序时，为简便起见，常常会不用铣刀的半径补偿功能，而在椭圆的长、短轴a、b值或渐开线、摆线的r值上加(减)铣刀半径R，建立新的参数方程，铣刀中心走修正后的参数方程所形成的轨迹，实际上，铣刀中心走完该轨迹后，铣刀所切削的轮廓并不是所需的曲线。以加工外轮廓椭圆A为例，如图1所示，采用铣刀的半径补偿功能，以曲线参数方程进行编程，铣刀中心的轨迹为B，刀具加工出来的轮廓为A，这是所需的轮廓，若不用铣刀的半径补偿功能，而以椭圆的长、短轴a、b值加铣刀半径R建立新的参数方程编程，铣刀中心的轨迹为C，刀具加工出来的轮廓为D，轮廓D与轮廓A有明显偏离，只
4、在椭圆的四个顶点重合，轮廓D是错误的。 图1 两种编程方式形成不同椭圆轮廓设椭圆长轴半径为100mm，短轴半径为20mm，要求用20的平头立铣刀加工出外轮廓。采用铣刀的半径补偿功能，以曲线参数方程进行编程，加工程序如下，加工出的轮廓为AO0001N10 M03 S800N20 Z200N30 G43 G00 Z20 H1N40 M08N50 X-70 Y-40N60 G41 X-100 Y-30 D01N70 G01 Z-3 F50N80 X-100 Y0 F100N90 #1=180N100 WHILE#1GE-180DO1N110 #2=100*COS#1N120 #3=20*SIN#1N
5、130 G01 X#2Y#3F150N140 #1=#-0.5N150 END1N160 Y10N170 Z20N180 M09N190 G40 G00 X0 Y0N200 G49Z200N210M05N220M30不用铣刀的半径补偿功能，而在椭圆的长、短轴a、b值加铣刀半径R，加工程序如下，加工出的轮廓为D，A、D轮廓线产生偏离。O0002N10 M03 S800N20 Z200N30 G43 G00 Z20 H1N40 M08N50 X-70 Y-40N60 G01 Z-3 F50N70 X-110 Y0 F100N80 #1=180N90 WHILE#1GE-180DO1N100 #2=
6、110*COS#1N110 #3=30*SIN#1N120 G01 X#2Y#3F150N130 #1=#-0.5N140 END1N150 Y10N160 Z20N170 M09N180 G40Z200N190 M05N200 M30 需要指出的是，对于某些不便使用半径补偿功能，必须以刀心编程的加工程序，如用球头立铣刀加工非圆曲线形成的曲面，其球头立铣刀球心轨迹的参数方程不是简单的在非圆曲线参数方程的基础上加（减）某个常数，其球头刀球心轨迹已不同于加工面的曲线，球头刀球心轨迹的参数方程是在加工面的曲线参数方程的基础上，根据法线距离相等，推导出一个新的参数方程，然后再依据新的参数方程编程，以确
7、定球头立铣刀球心运动轨迹。二球形曲面加工1编程程序球状曲面是零件中常见的曲面，下例是凹球面加工的程序编制。 凹球一般采用球头立铣刀进行环切加工，如图2所示：图2 凹球面加工示意图O0003N10 M03 S800N20 Z200N30 G43 G00 Z20 H1N40 X0 Y0N50 M08N60 #3=5 （#3：刀具半径）N70 #4=50 （#4：球形弧面半径）N80 #5=30 （#5：当前刀具切削点半径，本题初始值为30）N90 WHILE#5 GE 0DO1N100 #1=#5*#4-#3/#4 (#1：球头刀球心X坐标)N110 #2=SQRT#4-#3*#4-#3-#1*#
8、1-40 (#2：球头刀球心Z坐标)N120 G01 X#1F100N130 Z-#2N140 G03I-#1F250N150 #5=#5-0.2N160 END1N170 G01Z10N180 G49G00Z200M05M302编程要点（1）由于球头立铣刀在切削曲面过程中，其切削点随Z轴坐标变动而变动，刀具切削点的半径也就不是常数，编程时若应用半径补偿功能，其补偿值要用变量补偿，且进行或取消刀补时会产生空刀，本例编程不用半径补偿功能，程序直接控制球头立铣刀球心的运动，这可简化编程，减少空刀。（2）由于本例程序用球头立铣刀球心的位置编程，对刀时刀具的对刀点一般选择球头刀的顶点，两点Z方向相差刀
9、具半径，因此，对刀后，输入刀具长度补偿值时应减R。（3）为提高加工质量，球形弧面呈水平状时，变量#5应选水平方向的尺寸，如圆环半径，球形弧面呈竖直状时，变量#5应选垂直方向的尺寸，如圆弧深度。（4）刀具进入新一个圆环切削前，应用G01进给时，应先进给X后进Z。3关于其他弧面的加工上述的编程思路及方法可用于凸球面的加工，循环语句内的条件表达式的变量增量（减量）为0.2即可取得较佳表面加工质量。球形弧面也可用平头立铣刀加工，但表面质量不如球头立铣刀，应用平头立铣刀加工其编程简单，但其条件表达式的变量增量（减量）必须取很小才能取得好一些的表面加工质量，因此加工效率较低，可应用在某些球头立铣刀无法加工
10、的曲面，如图3，图4所示。图3 图4三倒角、倒圆的加工倒角、倒圆是零件常见的形面，用宏程序加工这类形面比用专用刀具工装要简便，且精度较高。 1倒角的加工（1）程序编制下例是长方体工件四周倒角的加工程序，倒角为60，倒角上表面尺寸为10080mm，用8的球铣刀加工，如图5所示。 图5O0004N10 M03 S800N20 Z200N30 G43 G00 Z10 H1N40 X-60 Y0N50 M08N60 #3=4 （#3：刀具半径）N70 #5=0 （#5：当前刀具切削点与倒角起始点的X方向的距离，本题初始值为0）N80 #6=60 (#6：倒角角度本题设定为60)N90 WHILE#5
11、GE 6 DO1N100 #1=#5+#3*SIN6 (#1：球头刀球心与倒角起始点的X方向的距离)N110 #2=#5*TAN6-#3*COS6 (#2：球头刀球心与倒角起始点的Z方向的距离)N120 G90G01 X-#1-50 F200N130 Z-#2 F50N140 G91 Y40+#1N150 X100+2*#1N160 Y-80-2*#1N170 X-100-2*#1N180 Y40+2*#1N190 #5=#5-0.2N200 END1N210 G90G01Z10N220 G49G00Z200N230 M09N240 M05N250 M30（2）编程要点a本例编程不用半径补偿功
12、能，程序直接控制球头立铣刀球心的运动，这可简化编程，减少空刀。b本例也可用平头立铣刀加工，但表面质量不如球头立铣刀。c上述的编程思路及方法可用于内锥面、外锥面的加工2倒角的加工下例是长方体工件四周倒圆的加工程序，圆角半径为R5倒圆上表面尺寸为10080mm，用8的球铣刀加工，如图6所示。图6O0005N10 M03 S1000N20 Z200N30 G43 G00 Z10 H1N40 X-60 Y0N50 M08N60 #3=4 （#3：刀具半径）N70 #4=5 （#4：倒圆半径N80 #5=0 (#6：加工点与圆角圆心连线与垂线夹角)N90 WHILE#5 LE 90 DO1N100 #1
13、=#3*SIN#5+#4*SIN5 (#1：球头刀球心与倒圆起始点的X方向的距离)N110 #2=#3*COS5-#4*1-COS6 (#2：球头刀球心与倒圆起始点的Z方向的距离)N120 G90G01 X-#1-50 F200N130 Z-#2 F50N140 G91 Y40+#1N150 X100+2*#1N160 Y-80-2*#1N170 X-100-2*#1N180 Y40+2*#1N190 #5=#5-0.2N200 END1N210 G90G01Z10N220 G49G00Z200N230 M09N240 M05N250 M30上述的编程思路及方法可用于内圆柱面倒圆角（凸、凹状均可）。对于在XY平面的加工轨迹不是圆或直线的轮廓，如加工轨迹为若干段圆弧或直线的组合，其编程思路有两种，一种是不用半径补偿功能，程序直接控制球头立铣刀球心的运动，这种思路编程较复杂，但可减少空刀，提高加工效率，另一种思路是用变量进行半径补偿，即用系统变量#13001#13400设置半径补偿值D，这种思路不用推导复杂公式，编程较简单，但每改变一次刀补就会出现两次空刀（即G41、G40各一次），一定程度降低了加工效率。对于Z向加工量较大的铣削，常采用分层加工，编程采用调用子程序的方法，对于分层加工的编程，也可将Z向切深设置成变量，采用宏程序编程。由于宏程序通用性强
