用戶宏程序加工定位銷零件族方法研究

劉 萍，林國勇，余道挺

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學院，浙江寧波 315800；2.寧波海天精工股份有限公司，浙江寧波 315800）

0 引言

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的應(yīng)用越來越普遍，提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率、縮短同類或相似類零件編程時間與在線占機調(diào)試時間、減少加工產(chǎn)品的廢品率、降低加工成本變得越來越迫切，成為亟待解決的問題。定位銷作為工業(yè)上一種常用的零件，根據(jù)使用環(huán)境不同尺寸各異、形狀相近。國內(nèi)外對于定位銷的加工方法[1-4]及宏程序編制方法[5-11]做了大量的研究，但是將定位銷作為零件族，并與FANUC數(shù)控系統(tǒng)的用戶宏程序加工的方法相結(jié)合的研究仍有進一步的提升空間。

本文從FANUC-0i系統(tǒng)用戶宏程序參數(shù)化編程的特點入手，參數(shù)化編程可對同類型的形狀相似的零件通過使用變量進行編程[12]。通過改變參數(shù)的值，即可加工不同尺寸和形狀的零件。定位銷零件族能滿足參數(shù)化編程的要求，可發(fā)揮參數(shù)化編程的優(yōu)勢。一經(jīng)完成調(diào)試，在使用過程中根據(jù)零件的尺寸、工件材料、刀具材料等加工條件的不同，只需改變相關(guān)的參數(shù)（切削深度ap、主軸轉(zhuǎn)速S，進給速度F等的數(shù)值）即可進行加工。本文以定位銷零件族的加工為例，對FANUC系統(tǒng)用戶宏程序的參數(shù)化編程探索零件族工件的加工方法，并經(jīng)HT200X560數(shù)控車削中心驗證，該程序可用于定位銷零件族的加工。能夠達到縮短同類零件編程時間，提高數(shù)控機床生產(chǎn)效率，實現(xiàn)加工的標準化，減少廢品率，降低加工成本的目的。

1 FANUC宏程序及關(guān)鍵參數(shù)

FANUC系統(tǒng)是具有內(nèi)嵌用戶宏程序功能的系統(tǒng)，用戶在編程過程中經(jīng)常通過子程序調(diào)用的方式編制相同加工程序。但用戶宏程序的功能更加強大，宏程序具有可以直接調(diào)用宏變量、條件轉(zhuǎn)移、邏輯運算等功能，在編制加工程序時，合理地使用宏變量進行參數(shù)化編程可以加工形狀相近或相似的零件（即零件族），讓編制的程序更加靈活和方便。在普通程序編制過程中，用單一的數(shù)值指定G代碼和移動的距離，如：G02、S1000。而用戶宏程序可以采用宏變量方式指定，如：G#1X#100Z#101，在使用該時只要將相應(yīng)的宏變量在執(zhí)行程序之前進行定義即可改變宏變量的值，進行指定形狀和尺寸的加工。通過該特點可以開發(fā)零件族的參數(shù)化程序，起到減少零件編程時間的作用。但是在使用宏變量時，首先要了解宏變量的類型、使用的范圍及注意事項。

1.1 宏變量的類型

用戶宏程序可分為空變量、局部變量、公共變量（全局變量）和系統(tǒng)變量4種類型，如表1所示。其中，局部變量是在子程序中定義，其作用范圍是局部的，僅在子程序中做中間計算。而公共變量使用同一個存儲單元，可在整個程序中使用，意義相同。在編程過程中必須嚴格按要求使用。

表1 變量的4種類型

在調(diào)用宏程序的過程中，字母的地址可以給局部變量賦初始值，在FANUC系統(tǒng)中有兩種類型，本文以指定類型Ⅰ為例進行程序的編制。

1.2 宏程序自變量指定Ⅰ

調(diào)用用戶宏程序時，一個字母地址給其調(diào)用的宏程序變量賦初值的方式稱為自變量指定。Fanuc-0i地址自變量指定Ⅰ使用的變量值除G、L、O、N及P以外的字母都指定一次，其與變量的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 地址自變量指定Ⅰ與變量的對應(yīng)關(guān)系

1.3 非模態(tài)調(diào)用G65

G65可指定將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶瓿绦虻淖宰兞浚⒖筛淖兙植孔兞康募墑e。在簡單調(diào)用G65時，無任何調(diào)用限制。地址P指定的宏程序的自變量可傳遞到宏程序中。其中G65調(diào)用宏程序的方法如下：

G65 P＜調(diào)用程序號＞L＜重復(fù)次數(shù)（默認值為1）＞＜自變量指定參數(shù)1＞…＜自變量指定參數(shù)n＞；

例如G65 P9001 L3A2C3表示調(diào)用9001號子程序3次，#1（地址A）和#3（地址B）分別置為2和3，其余的局部變量為空，如圖1所示。

圖1 G65調(diào)用方法

2 定位銷宏程序編制

2.1 尺寸分析

根據(jù)加工要求，本次編程中，提供了5組定位銷尺寸數(shù)據(jù)，如表3所示，以后加工中可以根據(jù)具體的定位銷尺寸進行修改。5組數(shù)據(jù)的定位銷都具有幾個共同的特征，通過分析確定了6個尺寸，其中一個尺寸是固定不變的，其余尺寸設(shè)為變量，通過表中的數(shù)據(jù)分析形成此類定位銷零件族的參數(shù)化圖紙如圖2所示。

圖2 定位銷參數(shù)化圖紙

表3 定位銷尺寸

控制定位銷形狀的6個尺寸中，一個尺寸為固定值，其余5個尺寸由變量A～D及R指定。在一個程序中通過的指定不同的變量值可以加工出不同尺寸的定位銷。在子程序09010中變量A（#1）、B（#2）、C（#3）、D（#7）和R（#18）分別賦5組定位銷尺寸（如表3所示）。即可加工出5組不同外形輪廓的零件。如G65P9010A35B15C1 0D8R2用于加工1號銷釘。

由圖紙標注可知，銷釘毛坯直徑為φ15 mm的低碳鋼棒料。

2.2 定位銷宏程序

在編制宏程序前，通過圖紙分析，確定加工工藝，需要根據(jù)要求確定加工條件，具體條件如下：

（1）程序中以mm為單位（G21調(diào)用）；

（2）工件零點位于工件右端面中心位置；工件需車削端面0.5 mm；

（3）調(diào)用宏程序時主軸速度（S）和進給速度（F）設(shè)定粗加工數(shù)值，精加工使用主軸速度的二倍和進給速度的一半進行加工；

（4）粗加工使用4號刀具4號刀補，精加工使用5號刀具5號刀補；

（5）用G71和G70循環(huán)指令分別進行粗、精加工。

根據(jù)加工條件要求，設(shè)計編程方案如下：

（1）將刀具置于初始位置，選擇4號刀具4號刀補；

（2）將刀具移至（X30，Z2），采用端面切削固定循環(huán)G94進行端面車削，車削至Z-0.5位置。

（3）刀具移至（X34，Z2），用粗車循環(huán)G71粗車輪廓，并留適當?shù)募庸び嗔俊?/p>

（4）將刀架移至起始位置，選擇5號刀具5號刀補。

（5）刀具移至（X30，Z2），調(diào)用刀具半徑補償功能，用精加工固定循環(huán)G70做精加工。將刀具進給速度F減小至粗加工速度的0.5倍，將主軸轉(zhuǎn)速增大至粗加工速度的2倍。采用右偏刀，選用5刀具5號刀補，將刀具半徑補償值儲存在幾何補償表中。

程序編制流程如圖3所示。

圖3 程序編制流程

定位銷加工的子程序及注釋如下：

09010；（定位銷子程序）

G28U0；（X軸回零）

G28W0；（Z軸回零，為避免機身與刀架之間存在的干擾，采用X軸和Z軸分別回零的方式）

T0404；（選擇4號刀具4號刀補，步驟1完成）

G00Z2；（Z軸移動）

G00X34；（刀具移到G94起始點，為避免干涉，使用Z軸和X軸分別移動的方式）

M03；（工件順時針轉(zhuǎn)動，主軸轉(zhuǎn)速S為當前值）

M08；（開冷卻液）

G94X-4 Z-0.5；（單次表面車削，步驟2完成）

G00X30 Z2；（刀具移值粗加工固定循環(huán)G71起始點）

G71U2R0.5；（切深2 mm，徑向退刀0.5 mm，此數(shù)據(jù)可根據(jù)具體的加工條件進行修改）

G71P20Q30U0.2W0.1；（定義加工輪廓，并留加工余量X軸0.2 mm，Z軸0.1 mm）

N20 G00X[#7-9]，（加工銷釘輪廓開始）

G01X#7Z-2.5；（倒45°角）

G01Z-[#2+0.5-#18]；（小直徑直線切削）

G02X[#7+2*#18]Z-[#2+0.5]R#18；（加工R角）

G01X[#3]；（大直徑端面加工）

G01Z-[#1+3.5]；（大直徑直線切削，預(yù)留3 mm長度作切斷量）

N30X34；（車削端面并遠離工件半徑方向2 mm，加工銷釘輪廓結(jié)束，步驟3完成）

G28U0；（X軸回零）

G28W0；（Z軸回零）

T0505；（選擇5號刀具5號刀補，步驟4完成）

G42G00GZ2；（刀具半徑補償）

X30；（為避免干涉，Z軸和X軸分為兩步）

G70P20Q30F[#4109/2]S[#4119*2]；（進給速度減半，工件轉(zhuǎn)速加倍，精加工銷釘輪廓）

G40U4W2；（取消半徑補償）

M05；（主軸停止）

M09；（關(guān)閉切削液）

G28U0；（X軸回零）

G28W0；（Z軸回零）

F[#4109*2]S[#4109/2]；（重置為原有的進給速度F和主軸轉(zhuǎn)速S）

M99；（返回調(diào)用程序）

調(diào)用子程序的主程序如下：

O0101

#101=1；（指定定位銷類型）

IF[[#101LT1]OR[#101GT5]]THEN#3000=1[ILLEGAL PIN NUMBER]；（除1～5以外的任何值都報警，并終止執(zhí)行程序）

G21G97G98；

F60S1000；

IF[#101EQ1]GOTO1；（如果為1號定位銷，程序跳轉(zhuǎn)自N1）

IF[#101EQ2]GOTO2；（如果為2號定位銷，程序跳轉(zhuǎn)自N2）

IF[#101EQ3]GOTO3；（如果為3號定位銷，程序跳轉(zhuǎn)自N3）

IF[#101EQ4]GOTO4；（如果為4號定位銷，程序跳轉(zhuǎn)自N4）

IF[#101EQ5]GOTO5；（如果為5號定位銷，程序跳轉(zhuǎn)自N5）

N1G65P9010A35B15C10D8R2；（用定位銷1的參數(shù)調(diào)用子程序）

GOTO6；

N2G65P9010A40B15C10D8R2；（用定位銷2的參數(shù)調(diào)用子程序）

GOTO6；

N3G65P9010A45B20C13D10R2；（用定位銷3的參數(shù)調(diào)用子程序）

GOTO6；

N4G65P9010A55B25C13D10R2；（用定位銷4的參數(shù)調(diào)用子程序）

GOTO6；

N5G65P9010A70B30C13D10R3；（用定位銷5的參數(shù)調(diào)用子程序）

N6M30；

本文通過宏程序調(diào)用變量A（#1）、B（#2）、C（#3）、D（#7）和R（#18）可以定義任意尺寸的定位銷，本文中僅選用了表3中的5組定位銷數(shù)據(jù)，采用在程序輸入定位銷的數(shù)據(jù)進行加工，如果需要加工更多尺寸的定位銷可以在此基礎(chǔ)上進行添加，進而實現(xiàn)定位銷零件族的加工。

3 結(jié)束語

本文采用FANUC系統(tǒng)，通過分析定位銷零件族具有尺寸相近、形狀相似的特點，利用用戶宏程序可進行參數(shù)化編程的優(yōu)勢，通過改變宏變量的值，調(diào)整程序中的各項加工參數(shù)，實現(xiàn)不同尺寸定位銷零件的加工。探討了定位銷零件族的用戶宏程序編程方法，對加工程序進行優(yōu)化。

經(jīng)HT200X560數(shù)控車削中心驗證，該程序可以用于定位銷零件族的加工。最終可達到以下結(jié)果：

（1）通過更改主程序中的定位銷的數(shù)據(jù)，即可加工出不同的定位銷尺寸，實現(xiàn)定位銷零件族的加工；

（2）減少了編程時間，在保證加工質(zhì)量的前提下提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)；

（3）優(yōu)化了加工工藝，通過優(yōu)化加工程序，通過宏程序調(diào)用變量的方式，調(diào)整程序中的各項加工參數(shù)只需對各個加工參數(shù)的自變量賦值即可改變程序，有效減少了占機調(diào)試的時間。

同時，也可將本編程思路移植到其他零件族的加工過程中。