數(shù)控銑削橢圓槽宏程序編程分析

吳華才

摘要：FANUC 0i系統(tǒng)的宏程序在程序本體中可以使用變量進(jìn)行編輯，還可以用變量進(jìn)行賦值、運(yùn)算等處理。對(duì)于橢圓等非圓曲線，使用宏程序編程相對(duì)于自動(dòng)軟件編程，刀路更清晰，程序更優(yōu)化。宏程序有其特定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需要總結(jié)歸納才能使編程過程更簡(jiǎn)便。

關(guān)鍵詞：FANUC 0i系統(tǒng);宏程序;橢圓

中圖分類號(hào)：TH162? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0071-02

0? 引言

自動(dòng)編程軟件在機(jī)加工行業(yè)，尤其是數(shù)控銑削加工中心機(jī)床編程中運(yùn)用越來越廣泛。許多學(xué)校開設(shè)相應(yīng)軟件編程課程，如CAXA、UG、MasterCAM等。在學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生使用軟件畫出圖形，再使用基本命令出程序，甚至為了技能等級(jí)考試而重復(fù)練習(xí)幾個(gè)命令。因?yàn)檫^度依賴軟件，造成學(xué)生缺乏相應(yīng)的工藝知識(shí)，編程基礎(chǔ)能力反而弱化了。學(xué)習(xí)宏程序編程方法，可以讓學(xué)生理清編程思路，夯實(shí)編程基礎(chǔ)。

1? 宏程序概述

1.1 宏程序分類與FANUC 0i系統(tǒng)

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床常配置的系統(tǒng)有SIEMENS與FANUC系統(tǒng)，其中FANUC系統(tǒng)在南方使用較多。

FANUC 0i系統(tǒng)用戶宏程序分為兩種，即宏程序功能A與宏程序功能B。其中功能A采用G65H固定格式進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯關(guān)系的表達(dá)，閱讀程序不是很直觀，實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)較少使用。功能B能較直觀表達(dá)各程序段，且需要記憶指令較少，故常采用此方法進(jìn)行宏程序編輯。

1.2 橢圓宏程序編寫具有代表性

對(duì)于構(gòu)造規(guī)則或不規(guī)則的曲面，需要有數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，存在變量表達(dá)關(guān)系。對(duì)于非圓曲線，從本質(zhì)來看，是允許加工路徑用直線去逼近曲面的，橢圓具有代表性。學(xué)會(huì)橢圓宏程序編寫方法，對(duì)于同類的二次曲線、其他平面曲線的程序編寫具有指導(dǎo)意義。

2? 橢圓的宏程序編寫

2.1 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程

在平面直角坐標(biāo)系中，用方程描述橢圓，橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程中的“標(biāo)準(zhǔn)”指的是中心在原點(diǎn)，對(duì)稱軸為坐標(biāo)軸。

通過橢圓定義，可以采用坐標(biāo)X或Y來表達(dá)橢圓編程的自變量#m，另一個(gè)坐標(biāo)為變量#n。

①焦點(diǎn)在X軸時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)方程為：

3? 橢圓槽編程實(shí)例

零件輪廓分為凸臺(tái)與凹槽兩大類，其中凹槽的程序編寫要考慮的工藝與編程要求更多、更復(fù)雜。為了歸納總結(jié)宏程序編程方法，采用凹槽編程為例。如圖1所示橢圓槽，橢圓的長(zhǎng)半軸30mm，短半軸15mm，深度10mm。材料45鋼，毛坯尺寸60mm×60mm×21mm。

3.1 橢圓方程的選擇與變量的取值

考慮到橢圓槽是完整橢圓形狀，采用角度為變量的參數(shù)方程進(jìn)行編程較為方便。即以橢圓曲線上任意一點(diǎn)與橢圓中心之間的夾角？茲為自變量#m，橢圓長(zhǎng)半軸軸線與水平的夾角（+X向），逆時(shí)針為+，順時(shí)針為-，本例賦值#7。

賦值#3=20，G68X0Y0R#3 以原點(diǎn)為中心，坐標(biāo)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)200，此時(shí)長(zhǎng)半軸與X軸重合（本例使用）。也可賦值#3=-70，G68X0Y0R#3 以原點(diǎn)為中心，坐標(biāo)系順時(shí)針旋轉(zhuǎn)700，此時(shí)短半軸與X軸重合。

為了避免下刀點(diǎn)選擇造成切削出現(xiàn)過切情況，采用原點(diǎn)（0，0）為下刀點(diǎn)，Y軸最大值為輪廓切入點(diǎn)（0，15）。采用順銑銑削方式，那么自變量初始值#7=-270，終點(diǎn)值#8=-630（橢圓銑削一周為3600），每次變化量#9=-1。

3.2 切削深度的變量取值

橢圓槽深度為10mm，加工精度0～0.015mm，材料45鋼，因?yàn)榧庸ど疃染纫蟾?，需分層進(jìn)行銑削。采用以深度為自變量#4，#4=5為橢圓槽初次銑削深度，#5=10為橢圓槽總深度，Z軸每次遞增量#6。

3.3 橢圓曲率對(duì)刀具選擇的影響

橢圓屬于非圓曲線。在加工時(shí)，要考慮橢圓曲率對(duì)于刀具選擇的制約，如果刀具半徑大于橢圓曲率最小值將出現(xiàn)過切情況。

在長(zhǎng)半軸與短半軸頂點(diǎn)處，即（±a，0）（0，±b）處，橢圓的曲率半徑為極限值，計(jì)算公式：

考慮最小曲率為7.5，可以使用？覫12立銑刀（需有底孔），或者采用？覫12鍵槽銑刀。

參考程序及說明如下所示：

加工程序 ? ? ?程序說明

O1200 ? ? ?程序名

N10 G17G40G69G90 程序初始化

N20 G54G0Z100選擇G54坐標(biāo)系，抬刀高度100mm

N30 M03 S1200 主軸正轉(zhuǎn)1200r/min

N40 #1=30 ? ? 橢圓長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度（對(duì)應(yīng)X軸）

N50 #2=15 ? ? 橢圓短半軸長(zhǎng)度（對(duì)應(yīng)Y軸）

N60 #3=20? 橢圓長(zhǎng)半軸軸線與水平的夾角（+X向）

N70 #4=5 ? ? 橢圓輪廓初次銑削深度

N80 #5=10 ? ? 橢圓輪廓總深度

N90 #6=5 ? ? Z軸每次遞增量#6

N100 G68X0Y0R#3 以原點(diǎn)為中心，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)200

N110 X0 Y0 ? ? XY向定位下刀點(diǎn)

N120 Z5 ? ? ? ? 安全高度，快速接近工件表面

N130 WHILE[#4LE#5]DO1如果加工高度#4≤#5，則循環(huán)1繼續(xù)

N140 G01Z-#4F100? G01進(jìn)給下降至加工深度-#4

N150 G42 D1 X-10 Y5 ? ? 建立右刀補(bǔ)

N160 G02 X0 Y15 R10 F200圓弧切入橢圓

N170 #7=-270 ? ? 角度#7初始值

N180 #8=-630 ? ? 橢圓軌跡終點(diǎn)角度

N190 #9=-1 ? ? 角度#7每次遞增量#9

N200 WHILE[#7GE#8]DO2 如果角度#7≥#8，則循環(huán)2繼續(xù)

N210 #10=#1*COS[#7] 橢圓上一點(diǎn)的X坐標(biāo)值

N220 #11=#2*SIN[#7] 橢圓上一點(diǎn)的Y坐標(biāo)值

N230 G01 X#10 Y#11 G01進(jìn)給走出橢圓輪廓

N240 #7=#7+#9 ? ? 角度#7每次以#9遞減

N250 END2 ? ? ? ? 循環(huán)2結(jié)束

N260 G02 X10 Y5 R10 圓弧切出橢圓

N270 G40 G01 X0 Y0 取消刀補(bǔ)，回到下刀點(diǎn)

N280 #4=#4+#6 ? ? Z軸#4賦值每次以#6遞增

N290 END1 ? ? ? ? 循環(huán)1結(jié)束

N300 G00 Z100 ? ? 刀抬到100mm初始高度

N310 G69 ? ? ? ? 取消坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)

N320 G53 Y0 ? ? ? ? Y向回參考點(diǎn)

N330 M30 ? ? ?   程序結(jié)束

3.4 橢圓槽宏程序編程要點(diǎn)

橢圓輪廓宏程序編程的實(shí)質(zhì)是使用G01逼近橢圓軌跡，角度每次遞增或遞減量越小，則輪廓越接近理論值，角度變量以10為宜。

4? 自動(dòng)編程軟件編輯橢圓槽程序

采用2020版CAXA制造工程師，平面輪廓精加工方式對(duì)橢圓槽進(jìn)行編程。程序節(jié)選如下所示：

%

O1200

N10 G17 G40 G69 G90

N20 G54 G00 Z100 S1200 M03

? ? ……

N3400 G1 G40 X-2.367 Y4.292

N3410 G0 Z100

N3420 M30

%

自動(dòng)編程軟件出的程序有342行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宏程序編程的33行程序。且自動(dòng)編程軟件出的程序只有坐標(biāo)值，無法查看邏輯運(yùn)算過程，不直觀不利于程序的閱讀與檢查。

5? 總結(jié)

通過橢圓槽的加工程序編寫分析，可以看到，使用宏程序編程較自動(dòng)編程軟件更為簡(jiǎn)練，加工軌跡可控性較高，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的硬件要求較低，不占用較多存儲(chǔ)內(nèi)存。學(xué)習(xí)宏程序編程方法，相對(duì)自動(dòng)編程軟件更能快速掌握與使用，有效降低編程學(xué)習(xí)難度。能夠方便操作者進(jìn)行手工編程，鍛煉編程能力，是編程思維建立的重要部分。

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