軸類零件環(huán)槽宏程序的編寫方法與技巧

摘要：在飛控系統(tǒng)各類閥套、閥芯等零件中，外圓、內(nèi)孔的環(huán)槽型面占了零件特征很大一部分，在數(shù)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(fù)雜、繁瑣，而且檢查校對(duì)費(fèi)時(shí)，容易出錯(cuò)，更有復(fù)雜的環(huán)槽用子程序無法實(shí)現(xiàn)，所以開發(fā)實(shí)用性好、高效率的宏程序非常有意義，為此，本文總結(jié)了數(shù)控車削中軸類回轉(zhuǎn)體零件各類環(huán)槽加工的宏程序編寫方法和技巧。

關(guān)鍵詞：環(huán)槽 宏程序 分層切削 結(jié)構(gòu) 循環(huán)

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

宏程序是在常規(guī)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(yùn)算指令和控制指令，提供循環(huán)、判斷、分支等的調(diào)用，從而大大精簡(jiǎn)了程序編制的容量。在數(shù)控車削加工中通過編輯宏程序能夠完成常規(guī)的數(shù)控編程指令不能完成的特殊型面，如當(dāng)加工的型面母線是橢圓、拋物線等時(shí)。另外當(dāng)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(shí)，通過調(diào)用一個(gè)宏程序，反復(fù)執(zhí)行某幾句代碼來達(dá)到減少編寫代碼的目的，從而極大地簡(jiǎn)化編程，使得程序邏輯嚴(yán)密，方便檢查，不易出錯(cuò)。

1.典型環(huán)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(shí)，從零件右側(cè)切入─退出─Z方向左移一個(gè)槽間距…切入─退出…，如此反復(fù)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(shù)化編程

參數(shù)化編程，也就是宏程序設(shè)計(jì)，即用參數(shù)語句編寫程序，只要改變參數(shù)的值就可以加工不同尺寸的零件 。宏程序調(diào)用語法是：G65 P<程序號(hào)> L<重復(fù)次數(shù)><參數(shù)1>…<參數(shù)n>，程序號(hào)是已經(jīng)存在的要被調(diào)用的程序號(hào)；重復(fù)次數(shù)是被調(diào)用程序連續(xù)執(zhí)行的次數(shù)，默認(rèn)為1；參數(shù)用于給宏程序中的變量傳遞指定的初始值。

在宏程序中對(duì)于零件的坐標(biāo)值、切削用量等用宏變量來表示，宏變量是一個(gè)數(shù)學(xué)量，它能假設(shè)在其允許范圍內(nèi)的任何值，變量符號(hào)是#，后面緊跟著一個(gè)在允許范圍內(nèi)（這取決于控制系統(tǒng)版本）的數(shù)字（叫做變量號(hào)）。在多窄槽加工程序中設(shè)置兩個(gè)關(guān)鍵變量分別表示環(huán)槽個(gè)數(shù)和第一個(gè)環(huán)槽軸向坐標(biāo)值，通過該變量的累加和運(yùn)算來控制切槽的數(shù)量和每一個(gè)環(huán)槽的軸向坐標(biāo)。

（2）單個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)

循環(huán)，就是只要滿足指定的條件，程序中的某些語句可以被反復(fù)執(zhí)行。FANUC 系統(tǒng)宏循環(huán)采用的是while條件判斷語句，while語句的格式為：

while[條件表達(dá)式] DO m；（m=1，2，3）

…<循環(huán)內(nèi)程序段>

END m；

當(dāng)條件表達(dá)式成立時(shí)，執(zhí)行DO到END之間的語句，否則執(zhí)行END后面的語句。

加工多個(gè)窄槽時(shí)，只需在宏程序里編制一個(gè)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(huán)槽車削宏程序設(shè)計(jì)

1.2.1 單個(gè)深、寬環(huán)槽程序設(shè)計(jì)

在切削深、寬環(huán)槽時(shí)，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(qiáng)度等因素，必須實(shí)行分層多次切削，即：采用從凹槽右側(cè)切入─退出─Z方向左移─切入… X方向向下移動(dòng)切入─退出─Z方向左移動(dòng)…，如此反復(fù)完成槽的加工。

圖 3單個(gè)深、寬環(huán)槽零件二維、三維圖及主要尺寸

（1）循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)徑向和軸向分層切削

一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)含有另一個(gè)循環(huán)，稱為循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)，又稱多重循環(huán)。單一的循環(huán)語句用于當(dāng)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(huán)中，如果每個(gè)操作包含另外一套相同的操作就可以使用循環(huán)嵌套。在此深、寬環(huán)槽加工編程時(shí)，采用循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)while statement語句組成，外層循環(huán)用來控制X向切深，內(nèi)層循環(huán)用來控制Z向切寬，這種方法極大地化簡(jiǎn)了編程，精簡(jiǎn)了程序，并且邏輯非常嚴(yán)密，易讀易改。

（2）針對(duì)不同刀寬的防錯(cuò)程序設(shè)置

在加工寬槽時(shí)，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(dāng)n為非整數(shù)時(shí)，為了不將寬槽多切或少切需在程序中進(jìn)行特殊的設(shè)置，例如，將WHILE語句中條件表達(dá)式設(shè)為： [#1 LT #2] ，條件表達(dá)式中#1為寬槽起點(diǎn)坐標(biāo)，#2為寬槽終點(diǎn)坐標(biāo)，中間的符號(hào)要用LT（小于），當(dāng)每次循環(huán)執(zhí)行完畢后再在#2處（槽的終點(diǎn)坐標(biāo)處）切削一次。

（3） 倒角、倒圓、去毛刺

當(dāng)環(huán)槽有倒角、倒圓或者去毛刺要求時(shí)，可在程序中設(shè)置宏變量，利用切刀單側(cè)切削刃加工完成。

車削單個(gè)深、寬環(huán)槽的加工流程如圖4所示。

圖4 單個(gè)深、寬環(huán)槽的宏程序框圖

1.2.2等距多寬槽程序設(shè)計(jì)

此類環(huán)槽槽較寬，且個(gè)數(shù)較多，需要在在Z方向上分次切削切完一個(gè)槽之后刀具軸向移動(dòng)一個(gè)槽距再加工第二個(gè)寬槽，如此反復(fù)直到加工完全部槽。即：采用從凹槽右側(cè)切入─退出─Z方向左移─切入─退出─平槽底…軸向移動(dòng)一個(gè)槽距… 切入─退出─Z方向左移─切入─退出─平槽底…，如此反復(fù)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(huán)+分支結(jié)構(gòu)

面對(duì)該類零件，最簡(jiǎn)潔的方法是采用一個(gè)WHILE循環(huán)語句+IF語句的結(jié)構(gòu)來完成，比如循環(huán)語句控制槽寬，IF語句控制切槽的數(shù)量，主程序只需調(diào)用一次宏程序就能完成全部環(huán)槽加工。

（2 ）算術(shù)運(yùn)算指令自動(dòng)計(jì)算各槽坐標(biāo)點(diǎn)

宏程序中可以將變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，然后賦給該變量本身或者另一個(gè)變量。在等距多寬槽切削時(shí)，可以將寬槽的起始點(diǎn)設(shè)置成兩個(gè)變量，這兩個(gè)變量自身進(jìn)行相應(yīng)的算術(shù)運(yùn)算，得出每個(gè)環(huán)槽的起始坐標(biāo)，這樣加工者不用去計(jì)算每個(gè)寬槽的起始點(diǎn)坐標(biāo)。

（3）粗、精車保證槽底光潔度

在加工寬槽時(shí)，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(shí)際尺寸0.02，在循環(huán)體外編寫一個(gè)平槽底程序，這樣每當(dāng)執(zhí)行完一次循環(huán)加工完一個(gè)寬槽后就會(huì)緊跟著精車槽底。

（4）尖邊倒角、倒圓、去毛刺及防錯(cuò)設(shè)計(jì)

零件的尖邊倒角、倒圓、去毛刺及防錯(cuò)設(shè)計(jì)與單個(gè)深、寬環(huán)槽程序設(shè)計(jì)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(huán)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(gè)階梯等距遞增（槽寬一致，槽間距相等，多個(gè)環(huán)槽槽徑呈等差遞增）如圖7（b）；或者多個(gè)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(shí)，其編程思路與刀具路徑規(guī)劃與等距環(huán)槽相似，在編制等差遞增寬槽宏程序時(shí)時(shí)增加一個(gè)變量，使環(huán)槽起點(diǎn)與終點(diǎn)Z向坐標(biāo)值等差遞增；編制多個(gè)階梯遞增寬槽宏程序時(shí)設(shè)置槽徑自身累加，實(shí)現(xiàn)槽徑等差遞增；在編制多個(gè)階梯等差遞增槽寬宏程序時(shí)將以上二者相結(jié)合。通過宏變量的靈活運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)不同類型的多環(huán)槽加工，這是一般的程序和子程序不能實(shí)現(xiàn)的。

a）等差遞增寬環(huán)槽 b）階梯等距遞增寬環(huán)槽 c） 階梯等差遞增寬環(huán)槽

圖7非等距寬槽典型零件

2.等距寬環(huán)槽宏程序編程應(yīng)用舉例

以圖5所示零件介紹如何編制多個(gè)等距寬環(huán)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(huán)槽零件時(shí)，為提高宏程序的通用性，我們需將程序中尺寸坐標(biāo)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(shù)給相應(yīng)的變量指定初始值即可。其具體程序如下所示：

O0004 （主程序號(hào)）

M98 P1；

G97 S800 M13；

T15；

X12.；

Z2.；

G65 P0005 V5. A10. B17. Y11.H10.D8.Z2.； （調(diào)用0005號(hào)宏程序，并給

相應(yīng)字母賦值，V 為環(huán)槽的個(gè)數(shù)，A為第一個(gè)環(huán)槽的起點(diǎn)Z向坐標(biāo)， B為第一個(gè)環(huán)槽的終點(diǎn)

Z向坐標(biāo)，Y 為倆個(gè)槽起點(diǎn)之間的軸向距，H為外圓直徑，D為槽徑）

M98 P1；

M30；

O0005； （宏程序號(hào)）

#18=0； （設(shè)置#18變量的初始值）

#4=0； （切槽的初始次數(shù)）

#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(jì)算環(huán)槽起點(diǎn)Z向坐標(biāo)值）

#2=#2+#25*#18； （計(jì)算環(huán)槽終點(diǎn)Z向坐標(biāo)值）

#1=#1+#26； （Z向起點(diǎn)坐標(biāo)增加一個(gè)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(huán)，否則調(diào)出循環(huán)）

G0 Z-#1； （快速到達(dá)切槽的起點(diǎn)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(gè)刀寬）

END2；

G00 Z-#2； （為避免每個(gè)寬槽過切或少切在寬槽終點(diǎn)處單獨(dú)切削一次，為 防止重復(fù)切削在上面的條件表達(dá)式中符號(hào)設(shè)為L(zhǎng)T）

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(shù)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(zhuǎn)到N1）

M99；

程序中字母地址和變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示：

表1 字母地址與變量關(guān)系對(duì)應(yīng)表

地址變量號(hào)地址變量號(hào)地址變量號(hào)

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(jié)語

本文從多種結(jié)構(gòu)并存，運(yùn)用循環(huán)、循環(huán)嵌套及條件語句等進(jìn)行分層多次切削，使用變量的運(yùn)算及通過變量的靈活應(yīng)用等總結(jié)了軸類零件多窄槽、單個(gè)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(jiǎn)了程序的篇幅，使得程序短小精湛，邏輯嚴(yán)密。主程序只需調(diào)用一次宏程序即可完成全部加工內(nèi)容。編程中的一些防錯(cuò)設(shè)置、粗精加工等確保了刀具的安全性和零件的精度，參數(shù)的變量化使得程序具有了通用性，充分發(fā)揮了宏程序在環(huán)槽車削中的優(yōu)越性，同時(shí)為其他相似型面宏程序設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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