盤(pán)軸類零件典型特征宏程序的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用技術(shù)

摘? 要：本文介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤(pán)軸類典型特征加工編程現(xiàn)狀，提出了提升典型特征編程效率方法，闡述了宏程序的智能化及應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：盤(pán)軸類;典型特征;編程效率;宏程序;智能化

我國(guó)目前被譽(yù)為“世界工廠”，制造業(yè)大國(guó)，我國(guó)制造工業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，與世界制造先進(jìn)水平的差距也在不斷縮小，而作為現(xiàn)代制造技術(shù)的靈魂及核心，數(shù)控加工技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，各類CAD/CAM軟件的應(yīng)用日趨普及，特別是在數(shù)控三維曲面加工中手工編程幾乎無(wú)用武之地，而強(qiáng)大的思維定式和使用習(xí)慣，使得編程人員不論程序大小，加工難易都習(xí)慣使用CAD/CAM軟件編程，手工編程似乎被遺忘了。而在學(xué)習(xí)手工編程時(shí)也只是簡(jiǎn)單地學(xué)習(xí)基本的編程指令，對(duì)宏程序也是如此，原因是大家對(duì)宏程序不熟悉，往往以為宏程序深不可測(cè)，而在實(shí)際工作中宏程序確實(shí)有著不可替代的地位和重要作用，方便編程，任何數(shù)控加工只要能夠用宏程序完整的表達(dá)，即使再?gòu)?fù)雜，其編程篇幅都非常精煉，數(shù)控機(jī)床執(zhí)行宏程序時(shí)較CAD/CAM軟件生成的程序更加快捷，反應(yīng)更迅速，使得加工效率大大提高。從國(guó)外的數(shù)控編程來(lái)看，一直以來(lái)都沒(méi)有放棄手動(dòng)編程，而一些好的手工編程都是宏程序、子程序以及循環(huán)指令等綜合應(yīng)用，在生產(chǎn)中起著不可替代的作用，特別是針對(duì)存在大量相似加工特征的零件，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)系列特征用戶宏程序，能夠極大提高編程效率，提高程序的智能化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化水平，也充分顯示了編程者的能力和水平。因此，針對(duì)具有大量相似加工特征的航空盤(pán)軸類零件，宏程序的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是非常必要和重要的，如果能夠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)，勢(shì)必將在生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的作用。

1 宏程序的概念、應(yīng)用范圍及特點(diǎn)

1.1 宏程序的概念

宏程序是編程語(yǔ)言的高級(jí)形式，就是通過(guò)系統(tǒng)提供的變量、數(shù)學(xué)運(yùn)算功能、邏輯判斷功能、程序循環(huán)功能等來(lái)實(shí)現(xiàn)編程的方法。

1.2 宏程序的應(yīng)用范圍

宏程序的應(yīng)用范圍非常廣泛，只要能夠通過(guò)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系，通過(guò)邏輯判斷功能將刀具加工路徑描述出來(lái)，都能夠應(yīng)用宏程序進(jìn)行編程;宏程序的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：形狀相同尺寸不同：圓、方、有規(guī)律的輪廓等;大小相同位置不同：圓陣列、矩形陣列及組孔等;特殊形狀：橢圓、漸開(kāi)線等能夠通過(guò)幾何關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型的幾何形狀;自動(dòng)化功能：刀具長(zhǎng)度測(cè)量、刀具壽命管理、生產(chǎn)管理、在線測(cè)量等;其他功能：機(jī)床制造商或用戶根據(jù)自身需求開(kāi)發(fā)的一些特殊功能，如數(shù)控磨砂輪修整功能等。

1.3 宏程序的特點(diǎn)

參數(shù)化：與程序相關(guān)的所有因素都可以進(jìn)行參數(shù)化定義和編程，考慮的因素越多，參數(shù)化程度越高，程序的柔性、智能化程度、實(shí)用性和應(yīng)用范圍越廣泛，更容易進(jìn)行工程化推廣應(yīng)用;智能化：根據(jù)某一加工特征開(kāi)發(fā)的用戶宏程序，只需要根據(jù)不同的工況，輸入相應(yīng)參數(shù)，宏子程序根據(jù)變量的賦值，自動(dòng)選擇加工方式和計(jì)算刀具路徑;而且，可以根據(jù)加工過(guò)程中實(shí)際工況，更改對(duì)應(yīng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)程序的高效編制、更改及優(yōu)化，極大提高程序的編制、更改及優(yōu)化效率;比如工藝圖紙尺寸的更改、刀具幾何尺寸的更改（刀尖圓弧、刀寬）、切削深度的優(yōu)化、走刀方式的優(yōu)化等;模塊化：能夠?qū)崿F(xiàn)某一幾何特征加工的宏子程序，就是一個(gè)功能模塊，一個(gè)功能模塊就能夠?qū)崿F(xiàn)全部該類特征的加工;集成化：在加工某一零件時(shí)，經(jīng)常需要調(diào)用多種能夠?qū)崿F(xiàn)不同部位和特征加工的宏程序模塊，我們只需根據(jù)實(shí)際工況將不同加工類型的宏程序模塊集成在一個(gè)主程序內(nèi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)該零件的加工，這就是宏程序的集成化特點(diǎn)。由于我們可以高效快捷的根據(jù)加工需要將各種實(shí)現(xiàn)不同加工功能的宏程序模塊進(jìn)行任意組合，從而能夠進(jìn)一步拓展宏程序的應(yīng)用范圍，減少技術(shù)員的編程工作量，提高編程效率;省時(shí)減負(fù)：由于同一加工類型的宏程序，不用再進(jìn)行該類型程序的重復(fù)性編制，只需更改相關(guān)參數(shù)即可達(dá)到更改整個(gè)程序的目的，節(jié)省了大量的同類程序的重復(fù)編制時(shí)間，極大減輕了編程人員工作量，同時(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)的程序準(zhǔn)備等待時(shí)間，提高生產(chǎn)準(zhǔn)備效率。

方便管理：在宏程序應(yīng)用前，由于同一加工特征程序數(shù)量極大，占用大量機(jī)床內(nèi)存空間，導(dǎo)致機(jī)床內(nèi)存不足，機(jī)床內(nèi)部程序需要經(jīng)常重復(fù)下發(fā)和刪除，才能夠?qū)崿F(xiàn)程序下發(fā)，由此造成大量時(shí)間浪費(fèi)。而宏程序模塊具有短小精的特點(diǎn)，程序簡(jiǎn)短，單個(gè)加工特征宏子程序只占用一個(gè)程序號(hào)和空間，只需傳輸一次，節(jié)省機(jī)床內(nèi)存空間，解決了內(nèi)存不足反復(fù)傳輸造成的時(shí)間浪費(fèi)。同時(shí)只需要完善宏主程序即可完成程序完善，無(wú)需對(duì)子程序完善，程序極其簡(jiǎn)短，方便程序維護(hù)和管理。

2? 宏程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程

2.1? 宏程序的構(gòu)成

宏程序由變量、數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系語(yǔ)句、邏輯判斷語(yǔ)句構(gòu)成，既可以在主程序中使用，也可以當(dāng)作子程序調(diào)用。當(dāng)然，不同數(shù)控系統(tǒng)宏程序的格式和表達(dá)式有很多不同之處，但他們的基本算法和原理是一樣的，只要掌握其中一種數(shù)控系統(tǒng)宏程序的結(jié)構(gòu)算法和編程方式方法，其他數(shù)控系統(tǒng)只需套用相應(yīng)格式就可以了。

2.2? 盤(pán)軸類零件典型特征宏程序的開(kāi)發(fā)

2.2.1 盤(pán)軸類宏程序開(kāi)發(fā)背景

航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤(pán)軸類零件大部分存在相似的加工特征，這部分加工特征的數(shù)控加工編程數(shù)量占編程總量的近一半。采用傳統(tǒng)手動(dòng)或CAM點(diǎn)位編程方式，需要不斷重復(fù)編制程序，進(jìn)行CAD制圖→數(shù)控加工方案規(guī)劃→CAM各項(xiàng)加工選項(xiàng)設(shè)置→后置處理生成程序→程序校對(duì)→下發(fā)等步驟，如程序存在問(wèn)題或加工條件發(fā)生變化，還需要重復(fù)上述步驟，花費(fèi)大量編程及更改、優(yōu)化時(shí)間，不僅增加了工藝人員工作量，而且編程時(shí)間長(zhǎng)，程序質(zhì)量差異大，效率低，需要花費(fèi)工藝技術(shù)人員大量編程時(shí)間，編程效率低，編程標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，編程質(zhì)量差異大。同時(shí)，編制的數(shù)控程序由于編程質(zhì)量差、刀具更換、幾何尺寸更改、不同操作系統(tǒng)、不同結(jié)構(gòu)和功率機(jī)床更改等原因，需要進(jìn)行大量的同類特征程序重復(fù)性編制、更改和優(yōu)化工作，耗費(fèi)編程人員大量時(shí)間;程序的更改、優(yōu)化效率低，編程工作量大，已經(jīng)嚴(yán)重影響技術(shù)及生產(chǎn)運(yùn)行效率。因此，這部分加工特征需要我們基于數(shù)控系統(tǒng)宏程序語(yǔ)言格式進(jìn)行程序的二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)開(kāi)發(fā)全參數(shù)化的用戶宏程序（宏程序模塊），從而實(shí)現(xiàn)高效、智能、高質(zhì)量的編程以及程序的快速更改優(yōu)化，降低編程工作量，實(shí)現(xiàn)高效、高柔性的編程方式，解決相同特征程序重復(fù)性編制技術(shù)難題。

該項(xiàng)技術(shù)主要研究?jī)?nèi)容包括：航空盤(pán)軸類零件加工特征分析、提取及規(guī)劃技術(shù)研究;航空盤(pán)軸類加工特征宏程序系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化應(yīng)用技術(shù)研究;盤(pán)軸類加工特征宏程序開(kāi)發(fā)與仿真技術(shù)研究;宏程序防錯(cuò)、防誤應(yīng)用技術(shù)研究。

2.2.2 宏程序格式

分支語(yǔ)句：IF [條件表達(dá)式] GOTOn;含義：當(dāng)條件滿足時(shí)，程序就跳轉(zhuǎn)到同一程序中語(yǔ)句標(biāo)號(hào)為n的語(yǔ)句上繼續(xù)執(zhí)行;當(dāng)條件不滿足時(shí)，程序執(zhí)行下一條語(yǔ)句。循環(huán)指令：WHILE [條件表達(dá)式] DOm… …ENDm;含義：當(dāng)條件滿足時(shí)，執(zhí)行從WHILE到DOm之間的語(yǔ)句;當(dāng)條件不滿足時(shí)，程序執(zhí)行下一條語(yǔ)句。循環(huán)指令：IF [條件表達(dá)式] THEN… …;含義：當(dāng)條件滿足時(shí)，執(zhí)行THEN后的后程序語(yǔ)句，只執(zhí)行一個(gè)語(yǔ)句。

2.2.3 盤(pán)軸類零件典型加工特征提取

我單位加工的零件以盤(pán)軸齒輪類零件為主，盤(pán)軸齒輪類結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)相同，典型加工特征主要包括：數(shù)控銑類型：①U型鍵槽②圓周（弧）均布直邊③圓周（?。┚笺娍注軋A周（弧）均布鉆孔⑤圓周（?。┚纪古_(tái)⑥圓周（弧）均布凹槽⑦圓周（?。┚純?nèi)螺紋⑧圓柱面均布孔倒圓;數(shù)控車類型：①外徑槽②端面槽③內(nèi)孔槽④輻板槽⑤螺紋去首尾不完整扣。通過(guò)提取出的主要加工特征，進(jìn)行分類，分類過(guò)程是不斷完善的過(guò)程，需要長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，持續(xù)改進(jìn)和完善，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，從而不斷拓展宏程序的應(yīng)用范圍，提高宏程序現(xiàn)場(chǎng)適用度。

2.2.4 開(kāi)發(fā)過(guò)程

這一過(guò)程需要開(kāi)展以下幾項(xiàng)工作：不斷完善幾何特征數(shù)據(jù)，拓展應(yīng)用范圍，提高宏程序適用度;優(yōu)化變量設(shè)置，定義變量含義，不斷引入新功能變量，提高程序質(zhì)量，拓展應(yīng)用范圍;實(shí)現(xiàn)加工特征幾何參數(shù)變量的可視化;合理加工策略的制定/走刀方式的規(guī)劃：現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期跟蹤，總結(jié)問(wèn)題并及時(shí)升級(jí)優(yōu)化 ;融入專家知識(shí)庫(kù)經(jīng)驗(yàn)，提供豐富的加工策略，實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)防誤，提高程序質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)適用度。

這一階段需要通過(guò)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，不斷發(fā)現(xiàn)需要完善和改進(jìn)的地方，通過(guò)融入專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，制定出針對(duì)不同工況的加工策略，提供多種走刀方式，解決各種復(fù)雜工況加工應(yīng)用問(wèn)題;同時(shí)，增加了防錯(cuò)防誤措施，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的編程，進(jìn)一步提高現(xiàn)場(chǎng)適用度，從而最終實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

3. 宏程序在航空盤(pán)軸類零件典型加工特征中的綜合應(yīng)用

該典型軸齒輪零件7個(gè)幾何特征全部實(shí)現(xiàn)宏程序應(yīng)用，程序及其簡(jiǎn)短，編程效率高，4個(gè)工步編程至下發(fā)時(shí)間由原來(lái)的8個(gè)多小時(shí)縮減為現(xiàn)在的0.5小時(shí)之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)程序的高效、高質(zhì)量編制，充分體現(xiàn)了宏程序應(yīng)用模塊化、集成化、智能化特點(diǎn)，融入的專家經(jīng)驗(yàn)解決了槽類特征車削斷屑難的技術(shù)難題。目前，該系列宏程序已經(jīng)累計(jì)節(jié)省4000多個(gè)典型特征程序編制和應(yīng)用，節(jié)省編程及生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間3500多小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤(pán)軸類零件主要加工特征宏程序系列化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集成化的現(xiàn)場(chǎng)加工應(yīng)用;

4? 結(jié)束語(yǔ)

基于典型加工特征的全參數(shù)化用戶宏程序在數(shù)控制造技術(shù)較為發(fā)達(dá)國(guó)家推廣較好，在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域應(yīng)用的程度和廣度都比較欠缺，在該領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著人們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)認(rèn)知程度和重視程度的提高，該項(xiàng)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域必將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳銀清. 宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究. 機(jī)床與液壓，2009.

作者簡(jiǎn)介：

王作鵬（1977.03-），男，漢族，黑龍江省哈爾濱市，大學(xué)本科學(xué)歷，職稱：高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械加工