任 重

（長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212）

數(shù)控編程有手工編程和自動(dòng)編程兩種方法。手動(dòng)編程只適合編寫中等以下難度的零件加工程序，其應(yīng)用范圍大打折扣；利用自動(dòng)編程軟件可方便的進(jìn)行零件實(shí)體造型，并通過(guò)選擇相應(yīng)的輪廓加工方法、合適的刀具、相關(guān)參數(shù)設(shè)置及機(jī)床后置處理，自動(dòng)產(chǎn)生加工路徑并能夠模擬加工過(guò)程，比較適合難度較大如曲面類零件程序的編寫。但自動(dòng)編程軟件生成的程序冗長(zhǎng)，加工耗時(shí)大、內(nèi)存占用多，機(jī)床加工效率比較低。

針對(duì)手工編程和自動(dòng)編程各自在實(shí)際應(yīng)用中存在的局限性，本文提出相應(yīng)的解決方案即利用宏指令來(lái)填補(bǔ)上述兩種編程方法在零件局部處理應(yīng)用中的空白，并通過(guò)實(shí)例仿真驗(yàn)證了宏指令在零件倒角處理方面便捷實(shí)用的獨(dú)特功效。

1 華中數(shù)控系統(tǒng)宏指令的編程定義

宏指令編程類似于計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言編程，可依靠其本身的函數(shù)混合運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能，按約定格式編寫程序段來(lái)實(shí)現(xiàn)輪廓的描述，免去了很多繁瑣的數(shù)值計(jì)算，提高了編程效率和程序的正確率。其編程定義為：

（1）變量：＃0～＃49共50個(gè)當(dāng)前局部變量和＃50～＃199共150個(gè)全局變量，可對(duì)變量進(jìn)行賦值。

（2）常量：PI為圓周率π、TRUE為條件成立和FALSE為條件不成立3個(gè)常量。

（3）條件運(yùn)算符：等于 EQ（＝）、不等于 NE（≠）、大于 GT（＞）、大于等于 GE（≥）、小于 LT（＜）、小于等于LE（≤）6個(gè)條件運(yùn)算符。

（4）邏輯運(yùn)算符：AND（與）、OR（或）和 NOT（非）3個(gè)邏輯運(yùn)算符。

（5）函數(shù)運(yùn)算符：SIN（正弦）、COS（余弦）、TAN（正切）、ABS（絕對(duì)值）、SQRT（開方）等10個(gè)函數(shù)運(yùn)算符。

（6）其他：宏指令還有循環(huán)語(yǔ)句（WHILE和ENDW）、條件判斷語(yǔ)句（IF、ELSE和 ENDIF）、分支語(yǔ)句和子程序調(diào)用語(yǔ)句。

2 宏指令在零件倒角處理中的應(yīng)用

由于倒角面本身就是三維曲面，所以常規(guī)手工編程方法很難完成，自動(dòng)編程軟件得到的程序又非常冗長(zhǎng)，不易在數(shù)控機(jī)床上加工。鑒于以上情況，下面我們將重點(diǎn)介紹華中數(shù)控系統(tǒng)宏指令在解決上述問題的應(yīng)用方法，即數(shù)學(xué)計(jì)算法。

如圖1所示圓孔倒角處理，圖2為異形孔倒角處理。不難看出，“倒角面”是三維曲面。

如圖1和圖2主視圖所示，建立工件坐標(biāo)系后，上表面為Z＝0的平面，倒角面高度為5mm?；揪幊趟悸房梢源_定為，通過(guò)宏指令編程實(shí)現(xiàn)刀具在Z等于（0～－5mm）之間的XY平面上逐層走刀，最終形成倒角曲面。

圖1 圓孔的倒角處理

圖2 異形孔的倒角處理

具體來(lái)說(shuō)，隨著Z值即走刀平面的高度發(fā)生變化，刀具在XY平面的走刀輪廓也逐層發(fā)生變化。若刀具在Z＝0的高度平面內(nèi)走刀，則走刀輪廓為直徑等于40 mm的整圓或異形圓；若刀具在Z＝－5mm的高度平面內(nèi)走刀，則走刀輪廓為直徑等于30 mm的整圓或異形圓。也就說(shuō)，當(dāng)Z值變化時(shí)，整圓直徑也在與Z值成某種數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)變化，也可理解成Z與X之間的函數(shù)關(guān)系，如圖3所示將圖1主視圖剖面放大后顯示的倒角截面的數(shù)學(xué)關(guān)系式為Z＝X。

圖3 Z值與X值之間數(shù)學(xué)關(guān)系

由于倒角截面存在著非常明顯的數(shù)學(xué)關(guān)系，所以在宏指令編程時(shí)可分別設(shè)置Z和X為兩個(gè)變量，控制Z值在（0～－5mm）之間變化可實(shí)現(xiàn)走刀平面高度的變化即逐層銑削。由倒角截面的數(shù)學(xué)關(guān)系式可知：在逐層銑削過(guò)程中X值隨Z的變化而變化，從而獲得不同的走刀輪廓軌跡，我們把這種宏指令編程方法定義為數(shù)學(xué)計(jì)算法。

（1）圓孔倒角宏指令程序

編寫圓孔倒角宏指令程序如表1所示。

用宇龍數(shù)控仿真軟件對(duì)表1程序進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4所示。

圖4 圓孔倒角仿真結(jié)果

（2）異型孔倒角宏指令程序

由于手工常規(guī)編程方法只有直線和圓弧插補(bǔ)指令，所以當(dāng)讓刀具走出如圖5所示的異形（橢圓或其他非圓曲線）輪廓時(shí)就顯得力不從心?？梢约傧氚旬愋屋喞€以其中心360°范圍內(nèi)分解成若干份，而每份則是一小段直線，按手動(dòng)常規(guī)編程方法用直線插補(bǔ)指令一段段一次進(jìn)行走刀去近似趨向于異形輪廓。

表1 圓孔倒角宏指令程序

根據(jù)以上分析，首先要完成異形輪廓曲線的宏指令編程。由圖2可知橢圓孔曲線方程分別為，將方程轉(zhuǎn)化為參數(shù)方程為；X＝28sinθ和Y＝15cosθ，如圖5所示橢圓的宏指令編程示意圖，編寫走橢圓內(nèi)輪廓宏指令程序如表2所示。

圖5 橢圓宏指令編程示意圖

由圖3主視圖剖面放大后顯示的倒角截面的數(shù)學(xué)關(guān)系式Z＝X可得橢圓孔倒角的宏指令程序如表3所示。

用宇龍數(shù)控仿真軟件對(duì)表3程序進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6所示。

圖6 橢圓孔倒角仿真結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

工程實(shí)際中，出于裝配方便或產(chǎn)品美觀的考慮，零部件的端部一般都要進(jìn)行倒角處理，雖然面積很小，但加工產(chǎn)品量大。因此，倒角處理在實(shí)際加工中，工時(shí)消耗占用很大比重。

本文針對(duì)手工編程和自動(dòng)編程在零件倒角處理方面存在的缺陷，提出了相應(yīng)的解決方法即用宏指令編程實(shí)現(xiàn)倒角面的三維曲面加工，稱之為數(shù)學(xué)計(jì)算法。該方法在孔、軸等端部倒角處理方面有著快捷實(shí)用的特點(diǎn)，對(duì)發(fā)揮數(shù)控機(jī)床高效加工優(yōu)勢(shì)方面具有很高工程實(shí)用價(jià)值。

表2 橢圓宏指令程序

表3 橢圓孔倒角宏指令程序