數控程序模塊化設計及應用

胡明哲

（西京學院機械工程學院，西安 710123）

1 機床數控系統

目前，機械行業使用的數控機床的數控系統主要有FANUC、SINMENS、HNC 等，其中，德國的西門子系統（SINMENS）是高精度的數控系統，系統中包括典型的輪廓加工和孔系加工等，編程時采用人機對話方式，操作人員只需輸入所需要的尺寸參數即可加工出所需要的輪廓形狀，但是其價格昂貴。而國產的華中系統不具備上述西門子系統所擁有的模塊化編程模式，于是絕大多數編程人員在編制零件的程序時，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束。采用這種編程方法程序字為常數，只能描述固定的幾何形狀，缺乏靈活性和通用性。為了解決這個問題，我們可以利用HNC 數控系統的宏程序控制功能，參照系統，將需要改變的參數設置成變量，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，只需修改相應的參數，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 數控系統為例，對數控程序模塊化作詳細說明[2]。

2 孔口倒角模塊化程序

孔口倒角是機械零件中較常見的一種結構型面，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，孔口倒角就是一個空間曲面，采用成型刀具加工時，生產效率高，但加工刀具價格昂貴，并且刀具在加工過程中一旦磨損就無法保證加工尺寸。當倒角的尺寸發生改變時，還需要重新設計和制造，既費時又費力，影響加工進度[2]。采用普通的立銑刀加工時，一般的手工編程無法實現，可以借助CAM 軟件進行編程，但是CAM軟件編出來的程序不能循環，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、倒角參數和一些經常要改變的參數設置成變量，利用三角函數將孔口倒角的程序模塊化。當刀具的尺寸或者倒角尺寸發生改變時，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 分別為倒圓角時刀具中心的X、Z 坐標。

圖1 倒圓角

圖2 球頭刀倒圓角時建立的幾何模型

3 參考程序（倒圓角）

%0001；//主程序名

G54G90G40；//建坐標系，程序初始化

M3S1500；//啟動主軸

#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

#21=#1+#2-[#1+#2]*COS[#0]；//刀具中心Z 的坐標

G01X[#20]Y0；//刀具中心定位到循環起點

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

#0=#0+#5；循環一次角度每次加0.05

ENDW；//循環結束

G00X0Y0；//XY 向快速定位至工件中心

G0Z100M9；//抬刀至安全高度

M30；//主程序結束

說明：

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

（3）當零件的尺寸和刀具尺寸發生改變時，只需更改參數#1、#3和#2就可以直接加工。

4 結束語

模塊化編程省時快速，應用靈活，不容易出錯，且容易校驗，充分發揮了機床特有的功能，提高了機床的編程效率，比使用自動編程軟件更具有優越性。采用模塊化編程，則可以擴大機床的工藝范圍，減少了工作量，提高了加工效率。因此數控程序模塊化的設計與開發的價值是不可估量的，也將影響數控功能的增加。