宏程序在华中数控铣床球面编程加工中的应用
杨旭;杨晓华
【摘 要】基于华中数控系统对球面铣削加工及编程过程的分析,在数控系统现有的基础上进行二次开发。利用数控机床的基本插补指令（直线插补和圆弧插补）在误差允许的范围内进行球面轮廓逼近加工。结果表明,通过对数控系统的二次开发,使编程的思维更加灵活广阔,提高了分析问题和解决问题的能力。%Based on analysis of the spherical milling and programming process of Huazhong CNC, the second development on the existing basis of the numerical control system is completed. Using CNC machine tools and interpolation instructions (linear and circular interpolation) processing to machine with the error allowed within the spherical contour approximation. Very common in practical applications, thinking of our programming more flexible and broad to improve the analysis of the problem, problem-solving skills.
【期刊名称】《宁波职业技术学院学报》 【年(卷),期】2012(000)005 【总页数】3页(P-91)
【关键词】宏程序;手工编程;曲面加工 【作 者】杨旭;杨晓华
【作者单位】四川科技职业学院机电工程系,成都611745;四川科技职业学院机电工程系,成都611745
【正文语种】中 文
【中图分类】TH161.1;TP391.73 0 引言
数控机床在加工球面时，没有特殊加工指令，可以通过自动编程软件生成球面的加工程序，通过分析得出，加工球面是利用基本加工指令（G01和G02/G03）进行加工。那么如何用手工编程解决球面的加工，首先把球体的表达式转化成二维数学模型，变成用户已掌握的知识。用户用宏程序可以进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，系统还提供了循环语句、分支语句，这使程序更加灵活、快捷，从而提高生产效率[2]。能够解决中等复杂的零件程序编制和加工，以及精简程序量。 1 宏程序的简介
在华中数控系统中变量用“#”和紧跟其后的变量序号来表示。将跟随在一个地址后的数值用一个变量代替，即引入了变量。运算符NE（≠）、EQ（=）、GE（≥）、GT（＞）、LE（≤）、LT（＜）、SIN（正弦）、COS（余弦）、SQRT（开平方）、INT（取整） 循环语句
2 球面宏程序编程过程 2.1 宏程序的编程思路
第一步循环条件判断，根据设置的条件进行判断其循环结果决定程序的走向，是继续循环还是结束。第二步利用数控系统的运算功能进行当前目标值X和Y的坐标计算并控制机床进行移动。第三步利用计数器计数，累加器叠加循环条件。第四步把计数器计数，累加器叠加的数与最终加工的条件进行比较[4]，流程如图1所示。
图1 宏程序执行流程 2.2 球面加工的走刀路线
粗加工可以使用键槽铣刀或立铣刀，也可以使用球头铣刀。精加工应使用球头铣刀（如图2所示）。球面的加工采用一系列同心圆来完成走刀。在进刀控制上有从上向下进刀和从下向上进刀两种，一般使用从下向上进刀来完成加工，主要利用铣刀侧刃切削，表面质量较好，端刃磨损较小，同时切削力将刀具向欠切方向推，有利于控制加工尺寸。 图2 进刀方式 2.3 进刀点的计算
粗加工时，在允许的加工误差和表面粗糙度，确定合理的Z向进刀量，根据加工深度Z、球半径R，计算出当前刀尖点半径r，即。精加工时，以角度作为增量，计算进刀点的r和Z值，即，Z=Rsinθ，r=Rcosθ。 立铣刀、球头刀进行加工曲面都是刀尖完成的，当刀尖沿圆弧运动时，其刀具中心运动轨迹也是一行径的圆弧，只是位置相差一个刀具半径。 3 球面的加工实例
3.1 凸半球面的粗加工（平底立铣刀）
图3为半球面的粗加工示意图。图3中，在50 mm×50 mm的正方形上粗加工一个R23的半球面。 图3 半球面的粗加工
（1）工艺分析。材料选用45#钢，采用平口虎钳进行装夹工件。采用适切对刀法进行对刀，G54设在X和Y对称中心上，Z轴零点设在距工件表面-23 mm 处。起刀点设在（50，0）处，选用 φ10的圆柱铣刀进行加工。主轴转速选择600 r/min，进给速度选择80 mm/min（可根据实际情况而定）。
（2）编程思路或编程方法。根据勾股定理x=计算出当前刀尖的坐标X坐标，在
计算刀具中心位置X坐标点，X=x+r坐标值。从上面一层一层的往下面进行加工。 （3） 编制程序
3.2 凸半球面的精加工（球头铣刀）
图4为半球面的精加工示意图。图4中，在50 mm×50 mm的正方形上精加工一个R23的半球面。 图4 半球面的精加工
（1）工艺分析。材料选用45#钢，采用平口虎钳进行装夹工件。采用适切对刀法进行对刀，G54设在X和Y对称中心上，Z轴零点设在工件表面。起刀点设在（0，0）处，选用φ10的球头铣刀进行加工。主轴转速选择1000 r/min，进给速度选择100 mm/min（可根据实际情况而定）。
（2）编程思路或编程方法。根据圆的参数方程计算当前的（X，Z）坐标，X=Rcosα，Z=Rsinα。用直线指令运动到当前点，再用圆弧进行铣削。 （3）编制程序 4 结束语
用户宏程序解决了用手工编制球面类零件的加工程序，合理的利用了现有的设备进行加工，减少繁琐的数值计算，在允许的误差范围内逼近球面，保证其加工精度。宏程序的快捷、方便、程序不长，节约机床的内存空间等都是提高加工效率的有效措施。 参考资料：
[1]王恒厂，周燕飞.由C语言程序格式解析宏程序[J].现代制造工程，2008（5）：126.
[2]陈银清.宏程序编程在数控加工中的应用研究 [J].机床与液压，2009（5）：42. [3]冯志刚.数控宏程序编程方法技巧与实例 [M].北京：机械工业出版社，2007（1）：94-101.
[4]陈子银.数控机床机构原理与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2009：97.
