宏程序的开发与应用
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摘要: 运用宏程序开发数控机床的功能可以提高编程的效率,并能扩展数控机床的使用范围。本文通过典型案例阐述了在数控加工中,用户可以根据实际需求,开发设计、应用宏程序功能。由此证明,运用宏程序开发数控机床的功能是充分发挥数控机床性能的最佳途径。
Abstract: Development of function of CNC machine tools using macroprogram can improve programming efficiency and extend the use of CNC machine tools. This paper described that the user can develop, design apply macroprogram function according to the actual demand in the process of CNC through typical case. It is evident that developing CNC machine tools function using macroprogram is the best way to play CNC machine's performance.
关键词: 宏程序;开发与应用;数控机床的功能
Key words: macroprogram;development and application;function of CNC machine tools
中图分类号:TP29 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0127-02
0引言
随着现代制造业的不断发展,数控机床的应用已普及。我国由于受到经济及其它因素的制约,数控机床轴的联动功能一般均为二轴和三轴方式为多,通常只有直线和圆弧两种插补功能,即使配备数控旋转轴,也是做些简单的联动,谈不上能精确加工复杂的空间曲线轨迹和形状。
1宏程序的概述
根据笔者多年对数控机床技术教学和实践经验得到体会,运用宏程序开发数控机床功能是值得可取的方案。宏程序可以使用变量,并对变量赋值、变量之间可进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算,程序运行时可以跳转。此外,还提供多种调用宏程序语句方法和子程序调用等形式,有利于编制复杂曲面轨迹零件的加工程序,减少繁琐数值计算。
2运用宏程序开发数控机床功能
用户宏程序的开发与应用基本方法应遵循图1结构框图。基本方法如下:①变量初始化,即给变量赋初始值;②编制加工程序,如变量较多、程序较复杂,可另写子程序,便于主程序简单易懂;③修改变量值;④判断是否符合条件,若否,返回执行加工程序。若是,程序完毕。
2.1 数控车床固定循环指令的开发以循环指令G94为例,采用G代码调用宏程序功能来完成指令的开发。G94是单一固定循环指令,它将切入―切削―退刀―返回4个动作、4个程序段简化为一个程序段。需要时,用G指令调用出即可实现加工。在二次开发中首先应设置参数号与程序号的对应关系;如表1所示,其次选择参数#6050,对应设置为G94,第三步设定参量指令如表2,参量指令中对于G、L、O、N、P之外的英文字母只能用一次。完成相应参数设置需编制变量程序。
根据车削端面固定循环指令的特点与要求进行程序编制如下:
O9010:
N10 # 30= #5001;
N20 #31= #5002;
N30 G00Z #26;
N40 G01X #24 F#9;
N50 Z#31 F[#9*3];
N60 G00X#30;N70 M99;
O9010是G94固定循环的子程序。由于编制并存储了宏程序,在Fanuc Power Mare 0系统数控车床中,就可顺利运用G94执行车削端面,其功能如同Fanuc 0系统中G94指令。如要切削图2所示的端面零件,可以正常使用格式:G94 X(U)_Z(W)_F_。式中:X-、Z- 端面切削的终点坐标值;U-、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标。切削过程如图2所示。图中,R表示快速移动,F表示进给运动,加工顺序按1、2、3、4进行。这样就完成G94固定循环功能的开发与应用。
同样单一形状固定循环指令G90的功能开发方法也如同G94方式。设定程序O9013和参数#6053相对应,并对应设置为G90,根据外圆车削循环指令的特点编制相应的变量宏程序O9013如下:
O9013;N10 #30 = # 5001;N20 #31= # 5002;N30 G00 X# 24
N40 G01 Z# 26 F#9;N50 X# 30 F[#9*2];N60 G00Z# 31;
N70 M99;
将子程序O9013(宏程序)存储在子程序存储器中,当应用到G90循环指令时就可调用,完成其外圆的车削要求。应用以上开发功能就可以完成图3零件的编程。但在这里G90、G94、F不是模态指令,编程时每一句都要写。
O1010
M03S800;
T0101;
G00X42.Z2.;
G94X-1.Z0.F0.15;
G90X36.Z-30.F0.15;
G90X33.Z-30.F0.15;
G90X30.Z-30.F0.15;
G90X26.Z-20.F0.15;
G90X23.Z-20.F0.15;
G90X20.Z-20.F0.15;
G90X16.Z-10.F0.15;
G90X13.Z-10.F0.15;
G90X10.Z-10.F0.15;
M30;
用同样的方法可以完成设置、开发并应用其它固定循环指令和复合形状固定循环指令,从而完善Fanuc Power Mare 0系统数控车床中无常用固定循环指令的缺憾。
2.2 变量在空间曲面中的应用在设计与制造中经常会碰到三维图形,处理这类问题通常采取二种方法,即CAD/CAM和宏程序。前者应用CAM软件进行曲面造型、立体建模、后置处理生成加工程序,然后运用RS232接口通过DNC方式或CF卡将相关程序输送到数控机床中进行零件加工。一般而言这类程序冗长,若出现问题,纠正起来比较困难。而FANUC、SIEMENS等数控系统提供的宏程序不仅能提供自动点位计算方式,还包含有CAD/CAM 3D中的螺纹曲面、扫描曲面、投影曲面,以及空间函数曲线等均能在宏指令中体现出来。试举方圆渐变三维立体图形说明其优越性。
图4为方圆渐变三维立体图形。顶面为边长24毫米正方形,底面圆半径20毫米,高35毫米。实现一个棱长35毫米的正方形的4条棱边进行线性变半径倒圆角。图中可看出,用G指令来完成此零件的程序编制,将无法操作。用UG、Pro/E、Cimatron、CATIA或Master cam等软件进行曲面造型还是有点小题大做,浪费资源。正确简捷的方法还是采用变量宏程序编程方法来完成此作品。
图4中有四个变量即Δx、Δy、Δz和Δr,Δx和Δy是相同变量,计算和编程,关键是建立起三个变量相互关系。
我们应用相似三角形性质来确定Δx、Δz和Δr之间的算术关系,从图4-1中可得出变量Δx和Δz之间相互关系:Δx /8=Δz /35;图4-2中可看出变量Δz和Δr之间相互关系:Δr /20=Δz /35,如果取Δz为自变量,那么可以求出Δx、和Δr相应的数值。根据工件尺寸精度要求的高低区分,我们可先取不同的自变量Δz的数值,若零件精度要求高,Δz数值可取小。反之取大。现设定#3为Δz,编制方圆渐变三维图形O1237宏程序如下:
O1237; G01 Y-#4;
G54 G90 G40;G02 X#4 Y-#1 r#2;
M03 S2000; G01 X-#4;
G00 X0. Y0. Z20.; G02 X-#1 Y-#4 r#2;
#1=12.229;G91 G01 Y5.;
#2=0.571; G90 G40 G01 X-40.;
#3=1; Y-40.;
#4=#1-#2; #1=#1+0.229;
N10 G00 X-40. Y-40.; #2=#2+0.571;
G01 Z-#3 F200; #4=#1-#2;
G41 X-#1 D01;#3=#3+1;
G01 Y#4; IF [ #3 LE 35.] GOTO 10;
G02 X-#4 Y#1 r#2; G00 Z150.;
G01 X#4; M30;
G02 X#1 Y#4 r#2;
以上可以看出天方地圆工件的变量程序简捷易懂,实用性较强。与CAD/CAM软件编程有天壤之别。为满足不同技术要求的结果可改变相应参数变量,此法是工程技术人员首选的最佳方案。
3结束语
本文通过实例,说明宏程序的开发与应用可以提高编程的效率,并能扩展数控机床的使用范围,优化加工工艺过程。宏程序的编制并不是一门孤立的学科,它与计算机程序设计、机械设计与制造、现代制造加工工艺、数控机床技术和高等数学等学科都有着密切联系,所以有关变量编程的开发与运用,还有待于我们共同努力,进一步探索与研究。
参考文献:
[1]华茂发.数控机床加工工艺[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2]郑国梁.高级语言程序设计[M].南京:南京大学出版社,1995.