基于工藝特征的數(shù)控編程方法研究

陳小紅, 高增梁，馬云飛，來建良

(1. 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，杭州　310053；2. 浙江工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，杭州　310014；3. 浙江東陽市雙燕設(shè)備有限公司，浙江 東陽　321000)

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基于工藝特征的數(shù)控編程方法研究

陳小紅1, 高增梁2，馬云飛3，來建良1

(1. 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，杭州310053；2. 浙江工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，杭州310014；3. 浙江東陽市雙燕設(shè)備有限公司，浙江 東陽321000)

摘要：以零件的工藝特征為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地研究了不同的機(jī)械加工工藝的編程方法。基本編程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工工藝數(shù)控指令化。固定循環(huán)簡化了典型加工工藝單元的編程，加工相同工藝內(nèi)容用子程序編程，加工函數(shù)面用變量編程，加工零件族系列零件用參數(shù)化編程，加工自由曲面用CAM自動編程。同時通過數(shù)控編程技術(shù)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了粗/精加工、自由平面輪廓倒圓角等工藝。

關(guān)鍵詞：工藝特征；編程方法；參數(shù)化編程

0引言

特征是一類實(shí)體具有的特定屬性，反映了一個實(shí)際零件或部件的特定幾何形狀和特定工藝[1]?；谔卣鞯臄?shù)控編程技術(shù)，國內(nèi)外研究較多，如國外，Hou.M 和 Faddis.T.N[2]在 UG 平臺上，以加工特征為信息載體，實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAPP/CAM 信息的集成，在集成環(huán)境下進(jìn)行自動編程。HuiKang K.Miao 等[3]在 I-DEAS 平臺上開發(fā)了具有工藝決策功能模塊，以特征為信息載體，實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM 集成環(huán)境下的自動編程。在國內(nèi)，于芳芳、鄭國磊[4]結(jié)合飛機(jī)整體壁板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其典型加工工藝路線，采用VC++6.0 在CATIA/CAA 環(huán)境中開發(fā)了飛機(jī)壁板類零件的快速數(shù)控編程系統(tǒng)。陳文兵等[5]研究了基于VB的數(shù)控參數(shù)編程方法。但國內(nèi)外研究的普遍是基于工藝的CAD/CAM自動編程技術(shù)，或基于特定行業(yè)的某類零件的編程方法，本文以零件的工藝特征為基礎(chǔ)，系統(tǒng)、宏觀地研究數(shù)控編程策略方法。

1實(shí)現(xiàn)機(jī)加工編程的基本思想方法

數(shù)控編程是用數(shù)控語言把機(jī)械加工工藝表述出來?，F(xiàn)在流行的數(shù)控系統(tǒng)采用 ISO6983標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編程，用G、M代碼定義機(jī)床的運(yùn)動和開關(guān)動作。機(jī)械加工工藝實(shí)質(zhì)為零件的成型運(yùn)動，在描述零件成型運(yùn)動時，首先要確立基本的編程思想：“刀具相對工件運(yùn)動”。在零件成型的機(jī)械加工過程中，刀具與工件都可能是運(yùn)動的，即成型運(yùn)動的對象是不確定的。為了簡化編程，在加工過程中無論是刀具運(yùn)動，還是工件運(yùn)動，按相對運(yùn)動理論，都把工件看作靜止，刀具看作運(yùn)動，即刀具相對“靜止”工件運(yùn)動。這樣編程時只要描述刀具的相對運(yùn)動， 可以“拋開”機(jī)床，按工件輪廓形狀進(jìn)行，使編程簡便易行。

其次，描述刀具運(yùn)動，需要一個定位系統(tǒng)，以確定刀具運(yùn)動位置?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用的標(biāo)準(zhǔn)定位系統(tǒng)為右手笛卡爾直角坐標(biāo)系。按使用場合，可分為編程坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、機(jī)床坐標(biāo)系等。編程時在圖紙上建立的坐標(biāo)系為編程坐標(biāo)系，加工時通過對刀設(shè)定的坐標(biāo)系為工件坐標(biāo)系，機(jī)床本身具有的坐標(biāo)系為機(jī)床坐標(biāo)系，其坐標(biāo)軸正方向規(guī)定為刀具遠(yuǎn)離工件的方向。

描述刀具運(yùn)動主要素是刀具運(yùn)動軌跡。刀具運(yùn)動的基本軌跡有直線和圓弧，直線插補(bǔ)用G01指令，圓弧插補(bǔ)用G02(順時針)/ G03(逆時針)指令，其他運(yùn)動軌跡可以通過微分方法，用微直線或微圓弧逼近處理。同時，編程時通過數(shù)控系統(tǒng)刀具補(bǔ)償功能，把刀具看作一個點(diǎn)，這樣只要描述這個點(diǎn)的運(yùn)動軌跡就可以編程了。

2典型加工工藝用循環(huán)編程

在零件機(jī)械加工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)以下工藝情況：

(1)在完成某一確定的加工內(nèi)容時，刀具動作具有典型的固定的連續(xù)性。如鉆孔，一般都經(jīng)過“刀具定位→快進(jìn)至工件表面→工進(jìn)鉆孔→孔底暫?！说丁钡裙潭ǖ倪B續(xù)加工過程。

(2)典型的機(jī)械加工工藝單元。如車螺紋，加工各種形狀規(guī)則凸臺、凹槽等。

(3)毛坯尺寸與工件最終尺寸相差較大，余量較多，需多次往復(fù)切削，即刀具要多次反復(fù)地執(zhí)行相同的動作。如棒料毛坯去余量。

(4)加工有規(guī)律排列的相同的工藝單元。如銑削一排等距分布的相同的圓孔。

上述的工藝過程，可用基本編程方法，即刀具每個動作用基本指令表達(dá)，顯然這樣編程重復(fù)勞動多，程序冗長。為了簡化編程，對于類似上述工藝情況的編程，國內(nèi)外多家公司開發(fā)了固定循環(huán)指令，實(shí)現(xiàn)了用一、二個程序段來表示通常需要用多個程序段才能表達(dá)完整的一些重復(fù)頻率較高的相同的加工工藝。

固定循環(huán)指令就是將若干條基本加工指令(如圓弧插補(bǔ)、直線插補(bǔ))表述的加工內(nèi)容，用一、二條循環(huán)指令表示出來，存儲在內(nèi)存中，經(jīng)過譯碼程序的譯碼，轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)能識別的基本指令，從而實(shí)現(xiàn)對所需特征的加工[6]。

固定循環(huán)指令本身沒有直接包含走刀路徑或者點(diǎn)的坐標(biāo)等信息，而是由一些與加工工藝相關(guān)的特征量組成[7]。有了這些特征量，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的譯碼模塊就能將循環(huán)指令轉(zhuǎn)化為若干條由插補(bǔ)指令(G02、G01等)、功能指令(M指令等) 等基本指令所組成的指令群，而這些基本指令就包括了基本的走刀路徑、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等信息，從而被數(shù)控系統(tǒng)所識別并最終進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)用一條或幾條數(shù)控代碼來表示一個加工工藝過程。如FANUC系統(tǒng)的粗車復(fù)合循環(huán)指令，以程序字的形式描述，各個程序字表示循環(huán)加工中的不同的特征參數(shù)，比如背吃刀量、退刀量、精車余量、循環(huán)車削加工次數(shù)等，編程時只要確定這些參數(shù)，然后在循環(huán)指令后緊隨精加工輪廓的指令描述(以確定加工范圍)，數(shù)控系統(tǒng)就會自動算出粗加工路線和加工次數(shù)，自動產(chǎn)生走刀軌跡，完成粗加工。

采用循環(huán)編程，簡化了程序，使程序結(jié)構(gòu)層次分明，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，提高了程序的可讀性。如鉆孔循環(huán)G83，指令格式為 G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_。其中X和Y表示第一個待加工孔的位置坐標(biāo)，其余變量表示鉆孔深度、進(jìn)給速度、孔底停留時間等孔的加工信息。在此指令后直接編寫表示其余孔的位置的 NC 代碼，數(shù)控系統(tǒng)就會自動默認(rèn)為其余孔的信息與第一個孔的加工方式相同，仿照第一個孔進(jìn)行加工。該指令對于每個待加工的孔都執(zhí)行以下一系列的加工動作：首先刀具在X、Y平面，然后快速移動到R點(diǎn)(刀具軸方向刀具快進(jìn)與工進(jìn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn))，進(jìn)而進(jìn)行鉆孔，之后進(jìn)行孔底位置的動作(如暫停一段時間等)，再快退到R點(diǎn)，最后快速移動到下一個孔的加工位置，準(zhǔn)備下一個孔加工。

隨著數(shù)控技術(shù)發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的固定循環(huán)將越來越豐富，且根據(jù)需要，用戶也可以自我開發(fā)固定循環(huán)，具體見李文[8]、胡翔云[9]等參考文獻(xiàn)。

3相同工藝內(nèi)容用子程序編程

在機(jī)械加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)相同的加工內(nèi)容。如零件有多個形狀尺寸相同的面，一次裝夾加工幾個相同的零件等。這時只要把相同的加工內(nèi)容看作一個加工單元，編為子程序。加工重復(fù)內(nèi)容時，只要在主程序中用M98調(diào)用子程序，就可完成加工，避免了重復(fù)編程[10-11]。下面以加工圖1梅花套零件為例，梅花輪廓由多段相同的輪廓AB組成，把AB作為一個加工單元，編為子程序，整個輪廓看作AB繞原點(diǎn)多次旋轉(zhuǎn)得到，加工梅花輪廓編程如下：

圖1　梅花套零件編程示意圖

O0001；(主程序名)

G54 G69 G90 G40 G00 Z50；(設(shè)置工件坐標(biāo)系，程序初始化，刀具快速定位至安全高度)

M03 S1500 X-140 Y-15；(主軸正轉(zhuǎn)，XY平面刀具快速定位至循環(huán)起點(diǎn))

Z3刀具；(Z向快速定位至循環(huán)起點(diǎn))

G01 Z-27F60；(下刀)

G41 D1 X-130 F300;(激活刀補(bǔ))

Y0；(切入輪廓)

M98 P0011 L6;(6次調(diào)用子程序)

G69 G01 Y5；(取消坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，刀具切出輪廓)

G00 Z200；(抬刀至安全高度)

G40 X100 Y100；(取消刀補(bǔ))

M30；(主程序結(jié)束)

O0011;(子程序名)

G90 G02 X-119.495 Y22.802 R30；(加工R30輪廓)

G03 X-79.495 Y92.084 R120；(加工R120輪廓)

G02 X-65 Y112.583 R30；(加工R30輪廓)

G91 G68 X0 Y0 R-60;(建立增量方式坐標(biāo)旋轉(zhuǎn))

M99；(子程序結(jié)束并返回主程序)

4函數(shù)面加工用變量編程

制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程時，首先要分析零件形體，研究零件由哪些面組成，再根據(jù)面的特性確定加工方法。其中有些面可用函數(shù)或方程來表達(dá)，如等速凸輪面(二維函數(shù)面，屬于曲線平面)、橢球面(三維函數(shù)曲面，屬于規(guī)則曲面)，這些能用函數(shù)或方程表達(dá)的面簡稱為函數(shù)面。多數(shù)函數(shù)面在普通機(jī)床上很難加工，甚至在數(shù)控加工中常規(guī)編程也難以實(shí)現(xiàn)。數(shù)控系統(tǒng)引入了變量編程[12-14]方法。

變量編程實(shí)質(zhì)上是微分原理在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)高級語言轉(zhuǎn)化為數(shù)控程序形式的表達(dá)。等速凸輪面、橢圓等二維函數(shù)面的數(shù)控編程，先對輪廓曲線進(jìn)行微分?jǐn)?shù)學(xué)處理，再用微直線或圓弧逼近給定的曲線，控制最大偏差在公差范圍內(nèi)，然后計(jì)算出各微分節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，再編程。對于三維函數(shù)曲面，根據(jù)允差將曲面微等分成不同的加工截面，對各微截面上的輪廓曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，再按二維函數(shù)面處理的方法進(jìn)行編程。節(jié)點(diǎn)的處理計(jì)算方法較多，常用的方法有等角度直線插補(bǔ)法、等間距直線插補(bǔ)法、等弦長直線插補(bǔ)法、等誤差直線插補(bǔ)法、圓弧插補(bǔ)法等。

①對函數(shù)面進(jìn)行分析及工藝處理；

②選取函數(shù)面曲線表達(dá)式的自變量、應(yīng)變量；

③給自變量賦初始值；

④列出各應(yīng)變量與自變量的關(guān)系式；

⑤自變量遞增或遞減；

⑥判斷自變量是否滿足條件表達(dá)式，形成循環(huán)。

下面是銑床精加工凸輪函數(shù)面的變量編程實(shí)例。

凸輪曲線由兩段阿基米德螺線和半徑40的半圓組成：θ=0°～90°時，方程為ρ=40+2×θ/9，θ=90°～180°時，方程為ρ=80-2×θ/9，θ=180°～360°時，為R40圓弧，凸輪輪廓高為5。如采用順時針走刀方向，在R40半圓180°端點(diǎn)切入，以極角θ為自變量，先算極徑，再算X、Y坐標(biāo)，用IF語句變量編程如下：

O0002；(程序名)

G54 G90 G17 G40 G00 Z50; (設(shè)置工件坐標(biāo)系，程序初始化，刀具快速定位至安全高度)

M03 S1000 X-60Y-60；(主軸正轉(zhuǎn)，XY平面刀具快速定位至起點(diǎn))

Z3 M08；(刀具Z向快速定位至起點(diǎn)，冷卻液開)

G01 Z-6 F50；(下刀)

G41 D1 X-40 F200; (激活刀補(bǔ))

Y0; (刀具切入)

#1=180；(角度θ為自變量，初始值180°)

N5 #4=40+2*#1/9；(計(jì)算ρ)

#2=#4*COS[#1]；(計(jì)算X坐標(biāo))

#3=#4*SIN[#1]；(計(jì)算Y坐標(biāo))

G01 X#2 Y#3;(微直線插補(bǔ))

#1=#1-1;(遞減自變量θ值，步距1度)

IF [#1 GE 90] GOTO 5;(循環(huán)條件)

#5=90；

N55 #8=80-2*#5/9;

#6=#8*COS[#5];

#7=#8*SIN[#5];

G01 X#6 Y#7;

#5=#5-1;

IF [#5 GE0] GOTO 55;

G02 X-40 R40; (刀具切出)

G00 Z200 M09; (Z向退刀至安全高度，關(guān)冷卻液)

G40 X100 Y100; (取消刀補(bǔ))

M30; (程序結(jié)束)

變量程序可進(jìn)行變量的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算，且有循環(huán)語句和條件轉(zhuǎn)移語句等,使編程更簡便、靈活,是數(shù)控編程技術(shù)的重要組成部分。

5零件族加工用參數(shù)化編程

編寫一個程序加工“零件族”的技術(shù)稱為參數(shù)化編程[15]。在生產(chǎn)中經(jīng)常有形狀相同或相似而尺寸不同的系列零件，如突面(RF)板式平焊鋼制管法蘭，按公稱直徑與壓力有多種規(guī)格，如每種規(guī)格零件都編一個加工程序，工作量大而重復(fù)。成組技術(shù)(GT)遵循事物的相似性,把眾多具有相似信息的問題匯歸成組(族)，以求用同一種方法解決，達(dá)到節(jié)省時間，提高效率的目的。隨著成組技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)中屬于同一工藝組的系列零件能按照成組工藝進(jìn)行生產(chǎn)，利用成組技術(shù)編制的機(jī)械加工工藝為系列零件通用工藝，相應(yīng)的在編程上通過參數(shù)化編程進(jìn)行處理，這樣就能用一個程序加工多個大小不同零件。以GB/T 9119-2000突面板式平焊鋼制管法蘭生產(chǎn)為例，利用成組技術(shù)原理，對法蘭進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝的分析，從中找出適合所有法蘭加工的工藝過程，進(jìn)而編制出適合所有法蘭加工的參數(shù)化程序[16-17]，從而減少法蘭生產(chǎn)加工中的工作量，提高效率，同時，使加工過程更容易實(shí)現(xiàn)柔性化和自動化。

以圖2加工法蘭的鉆孔工序?yàn)槔f明系列零件按成組工藝參數(shù)編程的方法。

圖2　突面(RF)板式平焊鋼制管法蘭

O0003；(主程序名)

G54 G90 G40 G00 Z50；(設(shè)置坐標(biāo)系，程序初始化；快速定位至安全高度)

X0 Y0 M03 S800 M08；(刀具快速定位至法蘭中心；主軸正轉(zhuǎn);冷卻液開)

G65 P0033 K_M_Q_C_；(調(diào)用宏程序，參數(shù)賦值)

M09 G00 Z100；(冷卻液關(guān)，抬刀至安全高度)

X100 Y200；(工作臺移近操作位)

M30；(主程序結(jié)束)

注：引數(shù)K：螺栓孔分布圓的直徑，對應(yīng)#6變量，引數(shù)M：螺栓孔數(shù)，對應(yīng)#13變量，引數(shù)Q：螺栓孔直徑，對應(yīng)#17變量，引數(shù)C：法蘭厚，對應(yīng)#3變量；

O0033;(宏子程序名)

#1=0；(第一孔定位角)

N10 #24=#6/2*COS[#1]；(螺栓孔中心X坐標(biāo))

#25=#6/2*SIN[#1]; (螺栓孔中心Y坐標(biāo))

G99 G81 X#24 Y#25 Z-[SQRT3/6*#17] R[#3+2] F50；(鉆孔循環(huán))

#1=#1+360/#13；(定位角逐個遞增)

IF [#1 LT 360] GOTO 10；(循環(huán)執(zhí)行條件)

G80；(取消鉆孔循環(huán))

M99；(宏子程序結(jié)束并返回主程序)

6自由曲面加工用自動編程

自由曲面是工程中最復(fù)雜而又經(jīng)常遇到的曲面，由復(fù)雜的自由變化的曲線、曲面組成。自由曲面廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、模具、工具、能源、交通等領(lǐng)域[18]。如飛機(jī)機(jī)翼、潛水艇螺旋槳、光學(xué)透鏡等零件外形均為自由曲面。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)更高性能的產(chǎn)品功能和更好的美學(xué)效果，自由曲面的應(yīng)用也越來越廣泛。由于自由曲面形狀復(fù)雜，加工程序一般無法用手工編制，需要采用CAM自動編程技術(shù)。

自動編程技術(shù)一般以零件CAD的三維圖為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)上做好工藝設(shè)定，計(jì)算機(jī)就能自行進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并自動生成零件加工程序，最后通過CAM的后處理功能生成數(shù)控機(jī)床能識別的零件程序，經(jīng)通訊接口將程序直接送到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行加工。其特點(diǎn)是數(shù)控程序編制工作的大部分或一部由計(jì)算機(jī)完成。

CAM系統(tǒng)一般由五個模塊組成：交互工藝參數(shù)輸入模塊，刀具軌跡生成模塊，刀具軌跡編輯模塊，三維加工動態(tài)仿真模塊及后置處理模塊。系統(tǒng)能完成二至五軸銑削、車削等編程。用CAM自動編程基本步驟為：①零件幾何造型；②制定工藝；③設(shè)定加工參數(shù)；④程序輸出。下面以吊鉤型腔自由曲面為例，說明應(yīng)用Pro/ENGINEER進(jìn)行交互式自動編程的一般過程。

①啟動軟件，新建數(shù)控制造模型文件；

②創(chuàng)建工件，建立零件制造模型。

(1)引入?yún)⒄漳Ｐ?。選擇并放置已建好的三維吊鉤模具型腔；

(2)創(chuàng)建工件。選擇“自動創(chuàng)建工件”指令完成工件的創(chuàng)建，如圖3所示；

圖3　吊鉤模具型腔模型建立

(3)加工設(shè)置。選擇機(jī)床、夾具，設(shè)置加工坐標(biāo)系原點(diǎn)、退刀面等；

(4)加工方法設(shè)置。選擇加工方法，選取刀具，確定切削參數(shù)；

(5)刀具軌跡演示及優(yōu)化。啟動VERICUT軟件演示加工情況，并進(jìn)行刀具軌跡優(yōu)化；

(6)后置處理和數(shù)控代碼生成。CAM系統(tǒng)生成CL數(shù)據(jù)文件，經(jīng)后置處理，生成數(shù)控系統(tǒng)能識別的機(jī)床加工所需的G代碼文件。

7粗/精加工的編程方法

機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到零件的精度及表面粗糙度等技術(shù)要求，零件一般要經(jīng)過粗、精加工等加工階段。要進(jìn)行粗、精加工，有時可用數(shù)控系統(tǒng)的循環(huán)指令編程，如粗車用G73循環(huán)，精車用G70循環(huán)。 在CAM自動編程中，用軟件內(nèi)設(shè)置的各種可供選擇的粗加工、精加工方式完成粗、精加工。然而，在數(shù)控加工中常用數(shù)控系統(tǒng)刀具補(bǔ)償功能實(shí)現(xiàn)粗/精加工[19-20]。

數(shù)控系統(tǒng)刀具半徑補(bǔ)償功能使刀具中心自動偏離變成輪廓一個刀具半徑值。故刀具半徑補(bǔ)償值的原始含義是刀具半徑值。隨著數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，刀具半徑補(bǔ)償值的含義已由狹義的半徑值變成廣義的偏移量與距離，即刀具偏離對應(yīng)編程輪廓點(diǎn)的法向距離，或曰刀位點(diǎn)與對應(yīng)輪廓點(diǎn)的距離。根據(jù)刀具半徑補(bǔ)償值的幾何含義，利用刀補(bǔ)功能按零件輪廓編程時，就能通過設(shè)置不同的刀具半徑補(bǔ)償值，用同一程序?qū)崿F(xiàn)粗/精加工。如圖1梅花套零件程序O0001，數(shù)控操機(jī)人員在刀補(bǔ)表D1中賦(R+△)刀補(bǔ)值運(yùn)行程序時，則進(jìn)行粗加工(R為刀具半徑值)，此時單邊留下△的精加工余量；把刀補(bǔ)表中刀補(bǔ)值改為R時，再運(yùn)行同一程序則進(jìn)行精加工。O0001程序需要數(shù)控操作人員幾次運(yùn)行才能完成粗/精加工，如結(jié)合子程序，設(shè)置幾個刀補(bǔ)號，在每個刀補(bǔ)號中設(shè)置合適的刀具半徑補(bǔ)償值，就能一次性完成粗加工與精加工。下面是梅花套粗/精加工程序，刀具為16立銑刀，精加工余量取0.2mm。

O0004；(主程序名)

G54 G69 G90 G40 G00 Z50；( 設(shè)置坐標(biāo)系，程序初始化，刀具快速定位至安全高度)

M03 S1000 X-140 Y-10；(主軸正轉(zhuǎn)，XY平面刀具快速定位至循環(huán)起點(diǎn))

Z3；(刀具Z向快速定位至循環(huán)起點(diǎn))

G01 Z-30 F50；( 下刀)

M98 P0044 D1；(取刀具半徑補(bǔ)償值8.2, 調(diào)用子程序O0044粗加工)

M98 P0044 D2；(取刀具半徑補(bǔ)償值8.0, 調(diào)用子程序O0044精加工)

G69 G0 Z200；(取消旋轉(zhuǎn)；抬刀至安全高度)

X100 Y100；(工作臺移近操作位)

M30；(主程序結(jié)束)

O0044；( 一級子程序名)

G01 G41 X-130 F200;(激活刀補(bǔ))

Y0；( 刀具切入輪廓)

M98 P0444 L6;( 6次調(diào)用子程序O0444)

G01 Y5；(切出輪廓)

G40 X-140 Y-10；(回循環(huán)起點(diǎn))

M99；(子程序結(jié)束，返回主程序)

O0444;( 二級子程序名)

G90 G02 X-119.495 Y22.802 R30；( 加工R30輪廓)

G03 X-79.495 Y92.084 R120；( 加工R120輪廓)

G02 X-65 Y112.583 R30；( 加工R30輪廓)

G91 G68 X0 Y0 R-60;( 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn))

M99；( 子程序結(jié)束，返回一級程序)

說明: 理論上精加工時刀具半徑補(bǔ)償值為刀具半徑值，實(shí)際加工時必須按工藝情況及粗加工后測量值進(jìn)行調(diào)整。

8編程技術(shù)的綜合應(yīng)用

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控應(yīng)用技術(shù)不斷提高，通過數(shù)控編程技術(shù)解決機(jī)械加工工藝的方法也越來越多，如矩陣孔加工可用增量式鉆孔固定循環(huán)結(jié)合子程序編程處理，也可通過變量編程實(shí)現(xiàn)，并且現(xiàn)在有的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)把陣列孔加工做成了固定循環(huán)。下面以實(shí)現(xiàn)倒圓角工藝的編程[21]為例，說明編程技術(shù)的綜合應(yīng)用。

圖4　橢圓柱倒圓角編程示意圖

O0005；(主程序名)

G54 G90 G40 G00 Z50；(設(shè)置坐標(biāo)系，程序初始化；刀具快速定位至安全高度)

M03 S2000 X-65 Y-5；(主軸正轉(zhuǎn)；XY水平面刀具快速定位至循環(huán)起點(diǎn))

Z3 M08；(刀具Z向趨近工件)

#11=5；(定義倒圓角半徑)

#12=6；(定義球頭刀半徑)

#13=0；(定義角度α為自變量，賦初始值0)

N5 #14=[#11+#12]*SIN[#13-1];(計(jì)算刀尖Z坐標(biāo)B)

#15=[#11+#12]* COS[#13]-#11;(計(jì)算刀尖動態(tài)半徑補(bǔ)償值D)

G01 Z#4 F30；(下刀)

G10 L12 P01 R#15；(刀具半徑補(bǔ)償值#15賦給D1)

D01 M98 P0055；(調(diào)用輪廓子程序)

#13=#13+1；(遞增自變量α值，步距1度)

IF[#13 LE 90] GOTO 5；(循環(huán)條件)

G01 Y5；(刀具切出)

G00 Z200；(Z向退刀)

G40 X100Y 100；(取消刀補(bǔ))

M30; (程序結(jié)束)

O0055；(橢圓輪廓子程序)

G41 G01 X-50；(激活刀補(bǔ))

Y0；(刀具切入)

#20=180；(離心角θ為自變量，初始值180度)

N55#21=50*COS[#20]；(計(jì)算X坐標(biāo))

#22=40*SIN[#20]；(計(jì)算Y坐標(biāo))

G01 X#21 Y#22 F200；(刀具微線段逼近橢圓)

#20=#20-1;(遞減自變量θ值，步距1度)

IF [#20 GE -180] GOTO 55；(循環(huán)條件)

M99；(返回主程序)

9結(jié)束語

數(shù)控編程技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械加工中的關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)控程序的優(yōu)劣直接影響加工效率、加工質(zhì)量及加工成本等。有效實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工工藝，需要明確的數(shù)控編程指導(dǎo)思想，選用合適的編程方法?；局噶罹幊虒?shí)現(xiàn)了機(jī)械加工工藝的數(shù)控指令化，固定循環(huán)集成了典型加工工藝單元的編程，子程序解決了相同加工內(nèi)容的重復(fù)編程，變量編程實(shí)現(xiàn)了函數(shù)面加工，參數(shù)編程滿足了系列零件的加工需要，自動編程實(shí)現(xiàn)了自由曲面的數(shù)控加工。

各種編程策略方法是相互聯(lián)系、辯證統(tǒng)一的。基本指令編程是所有編程方法的基礎(chǔ)，子程序是相同的程序段單元抽出的“塊”，固定循環(huán)是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的參數(shù)化編程，是工藝子程序；變量編程是基本編程的高級階段，參數(shù)化編程包含子程序與變量編程，自動編程是功能比較強(qiáng)大的編程方法，特別適合多軸加工自由曲面編程。一般機(jī)械加工工藝可用多種編程方法實(shí)現(xiàn)，但編程指導(dǎo)思想為程序越精簡越好，能用手工編程一般不用自動編程。本文以機(jī)械加工工藝特征為基礎(chǔ)，探究了各種機(jī)械加工工藝的編程方法，對數(shù)控編程技術(shù)應(yīng)用與提高具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

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(編輯趙蓉)

Study of Numerical Control Programming Methods Based on Mechanical Process Feature

CHEN Xiao-hong1，GAO Zeng-liang2，MA Yun-fei3，LAI Jian-liang1

(1. College of Mechanical Engineering, Zhejiang Institute of Mechanical & Electrical Engineering , Hangzhou 310053,China； 2. College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014,China)

Abstract：Expounds the basic principle of programming in the perspective of Mechanical Processing Technology (MPT), and develops the environment for such various MPT. The Numerical Control (NC) direction for MPT is realized by basic programming, while simplified programming for typical processing unit by fixed cycle, identical MPT contents by sub-routine programming, functional surfaces by variable programming, part series process by parametric programming and free-form surface by automatic CAM programming. Meanwhile, by integrating the NC programming technology, some complicated technology is implemented such as the rough and finish machining, free surface contour fillet, etc.

Key words：process feature; programming method; parametric programming

文章編號：1001-2265(2016)05-0129-05

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.05.036

收稿日期：2015-07-29；修回日期：2015-08-28

作者簡介：陳小紅(1965—)，男，浙江義烏人，浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，高級工程師，研究方向?yàn)閿?shù)控、CAD/CAM，(E-mail)601788357@qq.com。

中圖分類號：TH162;TG506

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A