數(shù)控程序模塊化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

胡明哲

（西京學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，西安 710123）

1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)

目前，機(jī)械行業(yè)使用的數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)主要有FANUC、SINMENS、HNC 等，其中，德國的西門子系統(tǒng)（SINMENS）是高精度的數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括典型的輪廓加工和孔系加工等，編程時(shí)采用人機(jī)對(duì)話方式，操作人員只需輸入所需要的尺寸參數(shù)即可加工出所需要的輪廓形狀，但是其價(jià)格昂貴。而國產(chǎn)的華中系統(tǒng)不具備上述西門子系統(tǒng)所擁有的模塊化編程模式，于是絕大多數(shù)編程人員在編制零件的程序時(shí)，按照工藝路線都得從程序開頭開始，一步一步完成直到程序結(jié)束。采用這種編程方法程序字為常數(shù)，只能描述固定的幾何形狀，缺乏靈活性和通用性。為了解決這個(gè)問題，我們可以利用HNC 數(shù)控系統(tǒng)的宏程序控制功能，參照系統(tǒng)，將需要改變的參數(shù)設(shè)置成變量，將程序模塊化，遇到形狀相同的零件或者加工軌跡相同的零件時(shí)，只需修改相應(yīng)的參數(shù)，其余程序不變，即可完成零件的加工，大大提高了加工效率。下面以HNC 數(shù)控系統(tǒng)為例，對(duì)數(shù)控程序模塊化作詳細(xì)說明[2]。

2 孔口倒角模塊化程序

孔口倒角是機(jī)械零件中較常見的一種結(jié)構(gòu)型面，主要作用是為了去除毛刺和零件之間便于裝配。從外形觀察，孔口倒角就是一個(gè)空間曲面，采用成型刀具加工時(shí)，生產(chǎn)效率高，但加工刀具價(jià)格昂貴，并且刀具在加工過程中一旦磨損就無法保證加工尺寸。當(dāng)?shù)菇堑某叽绨l(fā)生改變時(shí)，還需要重新設(shè)計(jì)和制造，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，影響加工進(jìn)度[2]。采用普通的立銑刀加工時(shí)，一般的手工編程無法實(shí)現(xiàn)，可以借助CAM 軟件進(jìn)行編程，但是CAM軟件編出來的程序不能循環(huán)，一般都非常長，程序不夠靈活，空走刀多。為了降低成本，提高加工效率，我們可以采用宏程序編程，刀具參數(shù)、倒角參數(shù)和一些經(jīng)常要改變的參數(shù)設(shè)置成變量，利用三角函數(shù)將孔口倒角的程序模塊化。當(dāng)?shù)毒叩某叽缁蛘叩菇浅叽绨l(fā)生改變時(shí)，只需更改程序開頭的變量值就可以。

如圖1所示孔口倒圓角，已知孔口直徑尺寸I，孔口倒圓角尺寸R，球頭立銑刀半徑r1，采用球頭立銑刀倒圓角建立幾何模型（如圖2所示），其中，θ 為圓角角度，X、Z 分別為倒圓角時(shí)刀具中心的X、Z 坐標(biāo)。

圖1 倒圓角

圖2 球頭刀倒圓角時(shí)建立的幾何模型

3 參考程序（倒圓角）

%0001；//主程序名

G54G90G40；//建坐標(biāo)系，程序初始化

M3S1500；//啟動(dòng)主軸

#1=6；//孔口倒角尺寸

#2=5；//刀具半徑

#3=24；//孔口直徑

#4=90；//圓角角度

#5=0.05；//角度的變量

#0=0；//角度的初始值

WHILE#0LE#4角度變化不能超過90度

#20=#3/2+#1-[#1+#2]*SIN[#0]；//刀具中心X 的坐標(biāo)

#21=#1+#2-[#1+#2]*COS[#0]；//刀具中心Z 的坐標(biāo)

G01X[#20]Y0；//刀具中心定位到循環(huán)起點(diǎn)

G03X[#20]Y0Z[-#21]I[-#20]J0；//螺旋線插補(bǔ)倒圓角

#0=#0+#5；循環(huán)一次角度每次加0.05

ENDW；//循環(huán)結(jié)束

G00X0Y0；//XY 向快速定位至工件中心

G0Z100M9；//抬刀至安全高度

M30；//主程序結(jié)束

說明：

（1）走刀路線采用順銑。（2）為了提高工件表面加工質(zhì)量或者為了提高加工效率，可以改變角度變量#5。

（3）當(dāng)零件的尺寸和刀具尺寸發(fā)生改變時(shí)，只需更改參數(shù)#1、#3和#2就可以直接加工。

4 結(jié)束語

模塊化編程省時(shí)快速，應(yīng)用靈活，不容易出錯(cuò)，且容易校驗(yàn)，充分發(fā)揮了機(jī)床特有的功能，提高了機(jī)床的編程效率，比使用自動(dòng)編程軟件更具有優(yōu)越性。采用模塊化編程，則可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，減少了工作量，提高了加工效率。因此數(shù)控程序模塊化的設(shè)計(jì)與開發(fā)的價(jià)值是不可估量的，也將影響數(shù)控功能的增加。