第 28 卷 第 3 期 2012 年 5 月 昆 明 冶 金 高 等 专 科 学 校 学 报 JournalofKunmingMetalurgyColege Vol 28No 3 May2012 doi:10.3969/j.isn.1009-0479.2012.03.010 数 控 宏 程 序 的 工 艺 性 及 编 程 应 用 分 析 邓 宇 翔, 柳 文 灿, 李 腾 忠 ( 昆 明 冶 金 高 等 专 科 学 校 机 械 工 程 学 院, 云 南 昆 明 650033) 摘 要 : 宏 程 序 作 为 数 控 设 备 的 一 项 重 要 功 能, 由 于 允 许 使 用 变 量 算 术 和 逻 辑 运 算 以 及 各 种 条 件 转 移 等 命 令, 使 其 在 编 制 一 些 加 工 程 序 时 与 普 通 方 法 相 比 显 得 方 便 和 简 单 探 讨 了 FANUC 数 控 系 统 加 工 工 艺 性 分 析 要 注 意 的 事 项 及 宏 程 序 的 编 程 技 巧, 以 期 达 到 抛 砖 引 玉 的 效 果 关 键 词 : 数 控 系 统 ; 宏 程 序 ; 数 控 加 工 工 艺 性 分 析 ; 编 程 技 巧 中 图 分 类 号 :TP391 73 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1009-0479-(2012)03-0040-05 ApplicationAnalysisonManufacturabilityandProgrammingofthe NumericcontrolMacro program DENGYu xiang,liuwen can,liteng zhong (FacultyofMechanicalEngineering,KunmingmetalurgyColege,Kunming650033,China) Abstract:AsanimportantfunctionoftheNCequipment,themacro programisavailableforusingsome commands,suchasarithmeticvariable,logicalcalculusandconditionaltransferetc.comparingwithor dinarymethods,itiseasierandsimplertomakesomeprograms.thispapermainlypresentssomenotes aboutncsystemoffanucinprocesingmanufacturabilityanalysis. Keywords:numericalcontrolsystem;macro program;numericalcontrolprocesingmanufacturabilitya nalysis;programmingtechnique 0 引 言 随 着 数 控 加 工 技 术 的 发 展, 机 械 产 品 日 趋 复 杂 精 密, 更 新 换 代 越 来 越 频 繁, 社 会 对 数 控 加 工 产 品 的 依 赖 性 也 越 来 越 高 通 常 在 一 般 的 数 控 程 序 中, 程 序 字 为 常 数, 只 能 描 述 固 定 的 几 何 形 状, 有 时 缺 乏 灵 活 性 和 通 用 性 ; 若 用 改 变 参 数 的 宏 程 序 方 法 来 编 写 程 序, 将 使 同 一 程 序 加 工 形 状 相 同 但 尺 寸 不 同 的 零 件 成 为 可 能, 加 工 非 常 方 便, 也 减 少 了 数 控 程 序 的 冗 长 性, 使 程 序 简 洁 逻 辑 性 缜 密, 同 时 也 提 高 了 可 靠 性 用 户 宏 程 序 作 为 数 控 设 备 的 一 项 重 要 基 本 功 能, 由 于 允 许 使 用 变 量 算 术 和 逻 辑 运 算 以 及 各 种 条 件 转 移 命 令, 使 得 其 在 编 制 一 些 加 工 程 序 时 与 普 通 方 法 相 比 显 得 方 便 和 简 单 由 于 可 以 用 变 量 代 替 具 体 数 值, 因 而 在 加 工 同 一 类 工 件 时, 只 需 将 实 际 的 值 赋 与 变 量 即 可, 而 不 需 对 每 个 零 件 都 编 一 个 程 序 用 户 宏 程 序 应 用 特 点 如 下 : 1 相 类 似 的 工 件, 只 需 修 改 相 应 参 数 变 量, 即 可 满 足 数 控 加 工 要 求, 不 易 出 错 2 程 序 通 用 性 强, 能 达 到 举 一 反 三 事 半 功 倍 的 效 果 3 程 序 简 单, 易 于 修 改 分 析 与 调 整 4 能 有 效 减 少 准 备 阶 段 编 写 阶 段 的 时 间, 提 高 生 产 效 率 收 稿 日 期 :2012-02-11 作 者 简 介 : 邓 宇 翔 (1978-), 男, 云 南 保 山 人, 讲 师, 硕 士, 主 要 从 事 数 控 加 工 编 程 教 学 及 研 究
第 3 期 邓 宇 翔, 柳 文 灿, 李 腾 忠 : 数 控 宏 程 序 的 工 艺 性 及 编 程 应 用 分 析 41 5 要 求 编 程 人 员 具 有 较 高 的 编 程 逻 辑 能 力 1 典 型 数 控 铣 削 加 工 工 艺 性 分 析 数 控 加 工 工 艺 性 分 析 是 随 着 数 控 机 床 的 产 生 发 展 而 逐 步 建 立 起 来 的 一 种 应 用 技 术, 是 大 量 数 控 加 工 实 践 的 经 验 总 结, 是 数 控 机 床 加 工 零 件 使 用 的 各 种 技 术 方 法 要 求 的 总 和 数 控 加 工 工 艺 性 分 析, 通 常 要 求 技 术 人 员 通 过 长 时 间 的 工 作 实 践 积 累 参 照 相 应 技 术 规 范 要 求 来 进 行 无 论 使 用 哪 种 编 程 模 式, 在 编 制 程 序 前 都 要 对 加 工 的 工 件 进 行 工 艺 分 析 制 定 工 艺 路 线 设 计 加 工 工 序 等 工 作, 所 以 要 求 工 艺 技 术 人 员 知 识 面 复 合 化 程 度 较 高 1 1 零 件 图 工 艺 性 分 析 零 件 图 ( 图 1) 工 艺 分 析 : 通 过 分 析, 确 定 组 成 零 件 实 体 的 几 何 关 系 基 点 和 节 点 相 对 于 工 件 坐 标 系 的 坐 标 位 置 尺 寸 标 注 完 整 表 面 粗 糙 度 值 的 大 小 以 及 形 位 公 差 和 位 置 公 差 要 求 等 ; 此 零 件 材 料 为 铝 合 金, 切 削 动 力 较 好 根 据 以 上 分 析, 采 取 的 工 艺 措 施 是 : 铣 削 分 粗 加 工 和 精 加 工 2 个 阶 段, 以 保 证 表 面 粗 糙 度 要 求 可 以 通 过 半 径 补 偿 值 的 修 正, 获 得 粗 精 加 工 线 路 的 一 致 性 ; 通 过 采 用 压 板 式 组 合 夹 具 来 提 高 装 夹 精 度, 保 证 与 刀 具 相 对 应 的 垂 直 度 要 求 在 实 例 加 工 中, 有 时 会 出 现 基 点 和 节 点 难 以 捕 捉 的 情 况, 通 过 UGNX 来 建 模 并 确 定 相 应 数 值 1 2 确 定 零 件 的 定 位 基 准 根 据 数 控 加 工 特 点, 工 件 的 定 位 基 准 应 尽 量 与 设 计 基 准 保 持 一 致, 注 意 防 止 定 位 干 涉 现 象, 且 便 于 工 件 的 安 装, 决 不 允 许 出 现 欠 定 位 的 情 况 定 位 基 准 在 数 控 加 工 中 要 细 心 找 正, 否 则 加 工 出 来 的 工 件 决 不 会 是 高 精 度 的 产 品 为 了 找 正 方 便, 有 的 机 床 安 装 有 专 用 定 位 板, 有 的 则 在 夹 具 上 设 置 找 正 定 位 面 同 时, 选 择 定 位 方 式 时 应 尽 量 减 少 装 夹 次 数, 避 免 累 积 误 差 的 放 大, 造 成 次 品 1 3 确 定 零 件 装 夹 方 案 选 择 工 件 定 位 方 法 后, 就 应 确 定 采 用 一 定 的 夹 紧 方 法 和 夹 紧 装 置 将 工 件 压 紧 夹 牢, 以 防 止 工 件 在 加 工 过 程 中 因 切 削 力 离 心 力 惯 性 力 及 重 力 等 的 作 用 而 发 生 位 移 和 振 动 与 普 通 机 床 一 样, 可 以 通 过 选
42 昆 明 冶 金 高 等 专 科 学 校 学 报 2012 年 5 月 择 合 理 的 装 夹 方 案 来 获 得 较 高 的 定 位 精 度 和 较 好 的 夹 紧 方 案 工 件 常 用 的 装 夹 方 法 有 如 下 3 种 1) 直 接 找 正 装 夹 用 百 分 表 划 针 等 工 具 直 接 找 正 工 件 位 置 并 加 以 夹 紧 的 方 法 这 种 方 法 生 产 率 低, 精 度 取 决 于 操 作 人 员 的 技 术 水 平 和 测 量 工 具 的 精 度, 通 常 用 于 单 件 小 批 量 生 产 或 位 置 精 度 要 求 特 别 高 的 工 件 2) 划 线 找 正 装 夹 此 法 是 先 在 毛 坯 上 按 照 零 件 图 划 出 中 心 线 对 称 线 和 各 待 加 工 表 面 的 加 工 线, 然 后 按 照 划 好 的 线 找 正 工 件 位 置 这 种 装 夹 方 法 不 仅 划 线 费 时 生 产 率 低 精 度 低, 而 且 对 工 人 技 术 水 平 要 求 高, 通 常 用 于 单 件 小 批 量 生 产 中 加 工 形 状 复 杂 而 笨 重 的 工 件, 或 低 精 度 毛 坯 的 加 工 3) 用 夹 具 装 夹 此 法 是 将 工 件 直 接 安 装 在 夹 具 的 定 位 组 件 上 由 于 采 用 夹 具 装 夹, 不 需 要 找 正 就 能 保 证 工 件 的 装 夹 定 位 精 度, 因 此 这 种 方 法 装 夹 迅 速 方 便, 定 位 精 度 较 高 且 稳 定, 生 产 率 高, 但 需 要 设 计 制 造 专 用 夹 具, 广 泛 用 于 中 批 量 以 上 生 产 类 型 在 设 计 夹 紧 装 置 时, 应 注 意 夹 具 在 夹 紧 工 件 时 要 使 工 件 上 的 加 工 部 位 开 敞, 夹 紧 机 构 上 各 部 位 装 置 不 得 妨 碍 或 影 响 走 刀 ( 如 产 生 碰 撞 等 ); 另 外, 还 应 尽 量 使 夹 具 的 定 位 夹 紧 装 置 部 位 无 切 屑 积 留, 且 便 于 清 理 1 4 确 定 加 工 顺 序 及 走 刀 路 线 加 工 顺 序 的 拟 定 应 按 照 先 内 后 外 先 粗 后 精 的 原 则 来 确 定 走 刀 路 线 是 指 数 控 机 床 在 整 个 加 工 工 序 中 刀 具 中 心 ( 严 格 说 来 是 刀 位 点 ) 相 对 于 工 件 的 运 动 轨 迹 和 方 向 在 确 定 刀 具 路 径 时, 主 要 遵 循 以 下 原 则 :1 应 能 保 证 零 件 具 有 良 好 的 加 工 精 度 和 表 面 质 量 ;2 应 尽 量 缩 短 加 工 路 线, 减 少 空 刀 时 间 以 提 高 加 工 效 率 ;3 应 使 数 值 计 算 简 单 程 序 段 数 量 少 ;4 确 定 轴 向 移 动 尺 寸 时, 应 考 虑 刀 具 的 引 入 距 离 和 超 越 距 离 为 了 保 证 零 件 的 轮 廓 表 面 具 有 较 高 的 表 面 质 量 和 刀 具 耐 用 度, 采 用 顺 铣 方 式, 这 样 可 以 避 免 机 床 共 振 带 来 机 床 零 件 一 致 性 差 的 缺 点 1 5 刀 具 的 选 择 刀 具 的 选 择 是 数 控 加 工 工 艺 中 的 重 要 内 容, 它 不 仅 影 响 数 控 机 床 的 加 工 效 率, 而 且 直 接 影 响 加 工 质 量 数 控 机 床 主 轴 转 速 比 普 通 机 床 高 1~2 倍, 且 主 轴 输 出 功 率 大, 因 此 与 传 统 加 工 方 法 相 比, 数 控 加 工 对 刀 具 的 要 求 更 高 应 根 据 机 床 的 加 工 能 力 工 件 材 料 的 性 能 加 工 工 序 的 内 容 切 削 用 量 以 及 其 它 相 关 因 素, 合 理 选 择 刀 具 类 型 结 构 几 何 参 数 等 刀 具 选 择 总 的 原 则 思 路 是 : 安 装 调 整 方 便, 刚 性 好, 耐 用 度 和 精 度 高 在 满 足 加 工 要 求 的 前 提 下, 尽 量 选 择 较 短 的 刀 柄, 以 提 高 刀 具 加 工 的 刚 性 此 外, 在 进 行 数 控 刀 具 选 择 时, 应 注 意 以 下 情 况 : 1 选 取 刀 具 时, 要 使 刀 具 的 尺 寸 与 被 加 工 工 件 的 表 面 尺 寸 相 适 应 2 在 进 行 自 由 曲 面 加 工 时, 由 于 球 头 刀 具 的 端 部 形 状 易 造 成 较 大 残 留 面 积, 因 此, 为 保 证 加 工 精 度, 切 削 行 距 必 须 取 值 很 密 3 在 加 工 中 心 上, 各 种 刀 具 分 别 装 在 刀 库 上, 按 程 序 规 定 随 时 进 行 选 刀 和 换 刀 动 作, 因 此 必 须 采 用 标 准 刀 柄, 以 便 使 钻 镗 扩 铣 削 等 工 序 用 的 标 准 刀 具 能 迅 速 准 确 地 装 到 机 床 主 轴 或 刀 库 上 1 6 切 削 用 量 的 选 择 数 控 编 程 时, 编 程 人 员 必 须 确 定 每 道 工 序 的 切 削 用 量, 包 括 主 轴 转 速 ( 切 削 速 度 ) 背 吃 刀 量 进 给 速 度 等 对 于 不 同 的 加 工 方 法 和 加 工 要 求, 需 选 用 不 同 的 切 削 用 量 切 削 用 量 对 零 件 的 表 面 质 量 精 度 和 加 工 效 率 影 响 很 大 在 数 控 编 程 时, 编 程 者 可 根 据 经 验 对 切 削 用 量 初 步 确 定, 再 根 据 程 序 的 调 试 结 果 和 实 际 加 工 情 况 对 实 际 的 切 削 用 量 进 行 修 正 确 定 切 削 用 量 时 应 根 据 加 工 性 质 加 工 要 求 工 件 材 料 及 刀 具 的 尺 寸 材 料 性 能 等 方 面 的 具 体 要 求, 通 过 查 阅 切 削 手 册 并 结 合 经 验 加 以 确 定 切 削 用 量 的 选 择 原 则 是 : 粗 加 工 时 以 提 高 生 产 率 为 主, 同 时 兼 顾 经 济 性 和 加 工 成 本 ; 半 精 加 工 和 精 加 工 时, 在 保 证 零 件 加 工 质 量 的 前 提 下, 应 同 时 兼 顾 切 削 效 率 和 加 工 成 本 通 常 切 削 用 量 的 选 择 顺 序 是 : 先 确 定 背 吃 刀 量, 其 次 确 定 进 给 量, 最 后 确 定 切 削 速 度
第 3 期 邓 宇 翔, 柳 文 灿, 李 腾 忠 : 数 控 宏 程 序 的 工 艺 性 及 编 程 应 用 分 析 43 1 7 填 写 数 控 加 工 工 艺 卡 片 综 合 上 述 分 析, 将 分 析 结 果 填 入 数 控 工 艺 卡 片 中 加 工 工 艺 卡 片 内 容 主 要 有 工 步 号 工 步 内 容 所 用 刀 具 号 刀 具 规 格 主 轴 转 速 进 给 量 背 吃 刀 量 所 用 材 料 使 用 设 备 夹 具 名 称 等 工 厂 可 以 根 据 上 述 内 容 自 行 设 计 相 应 标 准 和 格 式, 它 是 数 控 加 工 人 员 操 作 的 依 据 2 宏 程 序 的 编 写 采 用 宏 程 序 方 式 编 制 出 来 的 程 序 是 将 一 些 特 定 的 尺 寸 和 相 应 的 数 学 逻 辑 关 系 设 定 成 变 量, 如 果 当 特 定 尺 寸 和 数 学 逻 辑 关 系 需 要 发 生 变 化 时, 只 要 将 相 应 的 变 量 进 行 改 变 即 可 在 宏 程 序 中, 可 以 大 大 减 少 编 程 人 员 编 程 时 间, 编 制 出 来 的 程 序 具 有 明 显 的 可 读 性 合 理 性 和 简 洁 性 同 时 也 对 编 程 人 员 提 出 了 更 高 的 要 求, 即 在 编 程 过 程 中, 要 根 据 零 件 的 特 性 及 该 企 业 所 生 产 的 零 件 情 况 及 企 业 的 生 产 设 备 等 因 素 考 虑 选 择 程 序 的 编 制 方 式, 从 而 更 加 合 理 地 满 足 加 工 要 求 因 此, 作 为 优 秀 的 数 控 编 程 工 艺 人 员, 掌 握 宏 程 序 的 编 制 是 相 当 有 必 要 的 ; 根 据 企 业 实 际 情 况, 在 批 量 生 产 时 以 提 高 生 产 效 率 为 准 则, 不 要 一 味 地 依 赖 CAD/CAM 软 件 后 置 程 序, 可 选 用 宏 程 序 编 程 在 国 外 一 些 机 械 行 业 相 当 发 达 的 国 家, 比 如 德 国 和 日 本, 计 算 机 辅 助 软 件 应 用 相 当 普 遍, 但 始 终 坚 持 对 手 工 编 程 的 培 训, 大 力 提 倡 宏 程 序 的 加 工 和 具 体 应 用 对 于 指 定 地 址 码 并 直 接 用 数 字 值 表 示 移 动 的 距 离, 如 G01X100 0F60, 在 宏 程 序 中 可 以 用 变 量 来 代 替 地 址 后 面 的 数 值, 在 程 序 中 或 在 MDI 方 式 下 按 具 体 情 况 对 其 进 行 赋 值 变 量 的 使 用 可 以 使 宏 程 序 具 有 通 用 性, 对 变 量 还 可 进 行 算 术 函 数 和 逻 辑 运 算, 扩 大 其 功 能 2 1 确 定 相 应 的 基 点 和 节 点 坐 标 位 置 在 编 写 程 序 的 开 始 过 程 中, 确 定 零 件 的 基 点 和 节 点 坐 标 位 置 至 关 重 要, 可 以 采 用 右 手 直 角 迪 卡 尔 坐 标 系 先 确 定 工 件 坐 标 系 的 编 程 原 点, 然 后 通 过 图 2 的 UGNX6 三 维 零 件 建 模 仿 真 分 析 其 相 对 编 程 原 点 的 坐 标 位 置, 为 下 一 步 编 程 提 供 数 字 保 障 2 2 根 据 加 工 工 艺 性 要 求 选 择 刀 具 根 据 零 件 结 构 特 点 及 加 工 工 艺 特 点, 如 铣 削 凸 台 内 凹 槽 面, 特 别 是 内 凹 槽 面 铣 刀 直 径 受 槽 宽 的 限 制, 同 时 考 虑 到 铝 合 金 加 工 性 能 特 点, 可 选 择 相 应 机 夹 可 转 位 刀 具 20mm 立 铣 刀 1 支, 用 于 粗 铣 和 精 铣 外 轮 廓 平 面 凹 槽 等 ; 8mm 键 槽 铣 刀 1 支, 用 于 精 铣 凹 槽 扩 沉 孔 等 ; 10mm 键 槽 铣 刀 1 支, 用 于 精 铣 扩 孔 等 ; 2mm 中 心 钻 1 支, 用 于 钻 6 通 孔 的 引 正 孔 和 保 护 锥 面 ; 6mm 麻 花 钻 1 支, 用 于 钻 8 个 6 通 孔 所 用 的 刀 具 如 表 1 所 示 2 3 编 写 宏 程 序 表 1 刀 具 清 单 ( 推 荐 使 用 ) 根 据 图 3 仿 真 过 程 确 定 相 应 的 序 号 刀 具 名 称 刀 具 /mm 数 量 / 支 主 要 用 途 参 数 在 宏 程 序 中, 有 3 种 转 移 和 1 立 铣 刀 20 1 粗 铣 和 精 铣 外 轮 廓 平 面 凹 槽 等 循 环 指 令 可 供 使 用, 使 用 GOTO 语 2 键 槽 铣 刀 8 1 精 铣 凹 槽 扩 沉 孔 等 句 和 IF 语 句 可 以 改 变 程 序 的 流 向, 3 键 槽 铣 刀 10 1 精 铣 扩 孔 等 使 用 WHILE 指 令 可 以 实 现 程 序 的 循 4 中 心 钻 2 1 钻 6 通 孔 的 引 正 孔 和 保 护 锥 面 5 麻 花 钻 6 1 钻 8 个 6 通 孔 环 在 WHILE 后 指 定 一 个 条 件 表 达 式, 当 指 定 条 件 满 足 时, 则 反 复 执 行 从 DO 到 END 之 间 的 程 序, 否 则 转 到 END 后 的 程 序 段 在 比 较 分 析 中, 我 们 发 现 采 用 WHILE 更 加 方 便, 但 在 调 用 WHILE 语 句 时, 应 当 注 意 交 叉 重 复, 循 环 DO 范 围 重 叠 时 系 统 会 出 现 报 警 同 时, 由 于 法 兰 盘 内 槽 有 5 个 环 形 阵 列, 还 必 须 调 用 旋 转 指 令 G68, 这 样 可 以 大 大 减 少 程 序 的 编 辑 量, 达 到 事 半 功 倍 的 效 果, 最 终 宏 程 序 的 校 验 可 以 通 过 图 4 的 VNUC 软 件 来 验 证 其 正 确 性 宏 程 序 源 代 码 ( 其 中 相 应 工 序 ) %
4 昆 明 冶 金 高 等 专 科 学 校 学 报 2012 年 5 月 O0001 G54G00X0Y0Z100.0 M03S1000 G00Z5 0 #1=0 WHILE DO1 #1=#1-72 G00X33 069Y6 3957 G01Z-10 0F1000 G42G01X29 1454Y7 1741D01 G01X26 6843Y7 6624 G01X10 56Y10 858 G02X7 784Y19 1633R5 0 X28 979Y27 069R25 0 X32 365Y25 170R5 0 X40 936Y-2 291R41 0 X31 545Y-4 388R5 0 G03X10 560Y10 858R30 0 G02X22 0965Y19 4348R8 2 G40G01X27 0965Y15 4348 G01X26 6843Y7 6624 X22 0Y10 88 G68X0Y0R#1 G00Z100 END1 G00Z100 X0Y0 M30 % 3 结 语 用 户 宏 程 序 作 为 数 控 设 备 的 一 项 重 要 功 能, 由 于 允 许 使 用 变 量 算 术 和 逻 辑 运 算 以 及 各 种 条 件 转 移 命 令, 使 得 其 在 编 制 一 些 加 工 程 序 时 与 普 通 方 法 相 比 显 得 方 便 和 简 单, 在 应 用 中 应 注 意 程 序 的 流 程 控 制 本 文 主 要 探 讨 了 FANUC 数 控 系 统 宏 程 序 的 编 程 技 巧, 其 中 针 对 数 控 宏 程 序 工 序 进 行 了 详 细 论 述, 以 此 规 范 数 控 宏 程 序 的 程 序 段 格 式 编 程 规 则, 减 少 程 序 冗 长 性, 提 高 加 工 效 率 参 考 文 献 : [1] 叶 国 林, 谢 龙 汉.UGNX6 三 维 造 型 实 例 [M]. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社,2009. [2] 陈 立 群.CAXA 数 控 造 型 与 仿 真 实 训 [M]. 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社,2007. [3] 霍 苏 萍, 刘 岩. 数 控 铣 削 加 工 工 艺 编 程 与 操 作 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社,2009. [4] 吴 纬 纬.UGNX6 模 具 设 计 技 术 教 程 [M]. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社,2010. [5] 韩 鸿 鸾, 王 常 义, 吴 海 燕. 数 控 铣 工 / 加 工 中 心 操 作 工 全 技 师 培 训 教 [M]. 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社,2009. [ 责 任 编 辑 : 贾 朝 光 ]