王國永

(承德石油高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系，河北承德067000)

巧用宏程序簡化數(shù)控銑削橢球面手工編程加工

王國永

(承德石油高等專科學(xué)校機(jī)械工程系，河北承德067000)

在零件加工中根據(jù)實(shí)際零件編制適合加工的宏程序，可有效的提高生產(chǎn)效率。通過對FANUC Oi系統(tǒng)宏程序的研究，以宏程序編程為基礎(chǔ)，結(jié)合橢球面空間曲面的特點(diǎn)，研究通過分層銑削實(shí)現(xiàn)手工編程加工凹形和凸形橢球曲面的方法，并給出了應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了橢球面空間曲面的手工銑削編程加工。該方法編制程序簡單，編制的程序容量小且通用性強(qiáng)。

宏程序;橢球面;數(shù)控銑削;手工編程;

1　宏程序編程簡介

宏程序體由變量、運(yùn)算指令和控制指令等組成。

1．1變量和運(yùn)算指令

變量由#號和變量號組成，如:#k(k=1，2，3，…)也可用表達(dá)式表示變量。變量類型及功能如表1所示。

運(yùn)算指令包括算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和比較操作。宏程序運(yùn)算指令遵循通常的數(shù)學(xué)運(yùn)算法則，先進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算，再進(jìn)行乘和除運(yùn)算，最后進(jìn)行加和減運(yùn)算。

1．2程序控制指令

程序控制語句有控制程序走向的作用，有分支語句和循環(huán)語句兩種。

表1　變量類型及功能

1．2．1分支語句

1)無條件分支語句(GOTO)，其功能是轉(zhuǎn)向程序的第n句。順序號可以用表達(dá)式。

格式為:GOTO n;n是順序號(1～999)。

2)條件分支語句(IF語句)，其功能是在IF后面指定一個條件表達(dá)式，如果條件滿足，轉(zhuǎn)向第n句，否則執(zhí)行下一段。

格式:IF［條件表達(dá)式］GOTO n;

一個條件表達(dá)式一定有一個操作符，這個操作符插在兩個變量或一個變量和一個常數(shù)之間，并且用方括號括起來。比較操作符與意義如表2所示。

表2　比較操作符與意義

1．2．2循環(huán)語句

格式為:

WHILE［＜條件表達(dá)式＞］DOm;(m=1，2，3，…)

…

ENDm;

當(dāng)條件滿足時，就循環(huán)執(zhí)行WHILE與END之間的程序段，若條件不滿足就執(zhí)行ENDm的下一個程序段。

2　橢球面加工特點(diǎn)及加工方案研究

2．1橢球面的基本特點(diǎn)

在直角坐標(biāo)系下，由方程

所表示的曲面稱為橢球面，其模型如圖1所示。方程(1)所表示的方程稱為的標(biāo)準(zhǔn)方程，其中a、b、c是任意的正常數(shù)。

由上式(1)可知，橢球面上的任何一個點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y，z)總有:

因此橢球面完全被封閉在一個長方體的內(nèi)部，這個長方體由六個平面:所組成。

如果用坐標(biāo)面z=0，y=0，x=0分別截割橢球面(1)，那么所得截口都是橢圓，方程分別是:

如果平行于坐標(biāo)平面xOy的一組平行平面來截割橢球面(1)，設(shè)平面z=h截割橢球面(1)，得到的截線方程是:

當(dāng)|h|＞c時，上式(5)沒有圖形，這表示平面z=h與橢球面(1)不相交;當(dāng)|h|=c時，上式(5)的圖形是z=h上的一個點(diǎn)(0，0，c)或(0，0，－c);當(dāng)|h|＜c，上式(5)的圖形是一個橢圓，這個橢圓的兩半軸分別是:它的兩軸的端點(diǎn)分別是與，這樣橢球面可以看成由一個橢圓的變動(大小位置都改變)疊加形成的。

2．2橢球面的加工方案研究

1)凹形橢球面

然后，加工時設(shè)定刀具沿Z軸一個進(jìn)給值，在xOy平面內(nèi)加工橢圓，當(dāng)一個橢圓加工完畢后，然后重新開始，逐層向下銑削，即可完成橢球面的加工銑削，橢球面的加工軌跡如圖2所示，其中圖中H表示每層之間的加工深度，即Z軸方向的每次進(jìn)刀深度。

為保證加工橢圓的正確外形，一般采用小段直線或圓弧來逼近橢圓輪廓曲線的數(shù)學(xué)處理方法來完成數(shù)控編程。這里采用直線逼近橢圓輪廓曲線。即在滿足允許編程誤差的前提條件下，用若干直線段分割并逼近給定的橢圓輪廓曲線，然后計算出每段直線段起點(diǎn)、終點(diǎn)，通過直線插補(bǔ)(G01)完成橢圓輪廓的加工。當(dāng)直線段的長度越小，插補(bǔ)形成的曲線就越接近橢圓軌跡［1-3］。

2)凸形橢球面

3　橢球面手工編程加工實(shí)踐

設(shè)已知毛坯方料為80 mm×80 mm×50 mm，加工凸形橢球面外形輪廓，其橢球面方程如式(7)所示，Z軸銑削深度為10 mm。

由上所述，建立以上表面頂點(diǎn)為坐標(biāo)點(diǎn)(0，0，0)的坐標(biāo)系。將橢球面進(jìn)行Z軸方向分層，設(shè)定圖2中H為0．02 mm。即1 mm高度的橢球面有50個橢圓構(gòu)成，達(dá)到了細(xì)化的目的。

根據(jù)以上分析，手工編寫銑削加工橢球面的程序如下:

O4001;

G54G90T01D1M03S1200;設(shè)定工件坐標(biāo)系

G00Z10;

X45Y45;

G42G01X0Y0F200;設(shè)定刀具右補(bǔ)償

#1=0;

#2=－10;

#5=0;

#6=0．05;設(shè)定銑削初始深度，最終深度，橢圓銑削起始角度和增量角度

N10#3=18*SQRT［#1*#1/144－1］;

#4=10*SQRT［#1*#1/144－1］; G01X［#3］Y0 Z［#1］;直線進(jìn)給

N20#5=#5+#6;

G01X［#3*COS［#5］］Y［#4*SIN［#5］］;橢圓銑削

IF［#5LE360］GOTO20;若未銑削整個橢圓，循環(huán)

#1=#1－0．02;Z軸向下進(jìn)給

#5=0;

#6=0．1;

IF［#1GE#2］GOTO10;未達(dá)到給定深度，循環(huán)

G00Z10;

G40X45Y45;

M05;

M30;

4　結(jié)束語

根據(jù)橢球面空間曲面的特點(diǎn)，用分層銑削和直線插補(bǔ)逼近橢圓的方法，實(shí)現(xiàn)了凹形和凸形橢球面的銑削加工，驗證了程序的正確性和可行性。在實(shí)際加工中巧妙應(yīng)用宏程序，能夠使程序編制簡單化，編制的程序容量小且通用性強(qiáng)。在實(shí)際加工中根據(jù)實(shí)際零件和機(jī)床情況編制適合加工的宏程序，可有效的提高生產(chǎn)效率。

［1］呂林根，許子道．解析幾何［M］．北京:高等教育出版社，2010．

［2］陳麗君，吳金會，程少慧．基于宏程序的凹橢球面銑削加工應(yīng)用研究［J］．煤礦機(jī)械，2013(5):161－162．

［3］韓全立，王宏穎．宏程序在數(shù)控編程中的應(yīng)用技巧及編程實(shí)例［J］．機(jī)床與液壓，2010(12):29－32．

［4］張書琦，蘇建華，李小芳．刀具補(bǔ)償在模具加工中的應(yīng)用［J］．承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2008(6):36－38．

［5］李傳軍．802S數(shù)控系統(tǒng)的MasterCAM后置處理程序開發(fā)與應(yīng)用［J］．承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報，2013(6):18－21．

Skillful Use of Macroprogram to Simply Ellipsoid NC Milling Manual Programming

WANG Guo-yong
(Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

In the parts processing，to program suitable microprogram can effectively improve the production efficiency．Through the study of the macro program of FANUC Oi system，the paper combines the characteristics of ellipsoidal surface based on the macro programming and studies realization method through manual programming to process concave and convex ellipsoidal surface by layered milling．And application examples are given in the paper to prove the realization of manual milling programming processing of ellipsoid space curved surface．This method is of simple program composition and small programming capacity with strong universality．

macroprogram;ellipsoid;NC milling;manual programming

TG547

B

1008-9446(2015)01-0016-05

2014-11-12

王國永(1978－)，男，河北石家莊市人，承德石油高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系講師，碩士，主要研究方向:機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)等。