目前，小內(nèi)存的數(shù)控機床仍然是我國在用機床的主流，如何使加工程序變得簡潔，對現(xiàn)實加工來說，有著很重要的實際意義。本文作者通過實例介紹了數(shù)控銑削加工編程中常用的子程序、宏程序、代碼段調(diào)用及主軸復(fù)合擺動的五軸數(shù)控機床的刀具平面轉(zhuǎn)換的應(yīng)用等方面的內(nèi)容，希望能為從事數(shù)控加工與編程的讀者提供借鑒。
一、前言
數(shù)控編程作為數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，其程序的編制效率和質(zhì)量在很大程度上決定了產(chǎn)品的加工精度和生產(chǎn)效率。尤其是隨著數(shù)控加工不斷朝高速、精密方向的發(fā)展，提高數(shù)控程序的編制質(zhì)量和效率對于提高制造企業(yè)的競爭力有著重要的意義。隨著CAD/CAM軟件的不斷普及應(yīng)用，數(shù)控編程的模式逐漸由自動編程取代手工編程。但CAM軟件編程和手工編程有著各自的特長，且現(xiàn)有的CAM軟件不能滿足所有數(shù)控系統(tǒng)的特殊功能，充分結(jié)合兩種編程模式，對于提高編程的效率和質(zhì)量有著重要的意義。由于歷史的原因，國內(nèi)企業(yè)普通數(shù)控機床和高精密數(shù)控機床并存的局面將持續(xù)很長時間，對于傳統(tǒng)的普通數(shù)控機床，無法實現(xiàn)高速切削加工，采用高速切削加工的編程策略難以發(fā)揮普通數(shù)控機床的加工效率，且傳統(tǒng)數(shù)控機床普遍內(nèi)存容量有限，因此合理有效地利用傳統(tǒng)數(shù)控機床的特性，結(jié)合CAM軟件自動編程和手工編程兩種方式，編制簡潔合理的小容量數(shù)控程序，有著非常現(xiàn)實的意義。
二、子程序及宏程序應(yīng)用
在實際數(shù)控加工編程中，充分利用CAM軟件的功能，配合手工編程，如宏程序的應(yīng)用、代碼段及子程序的調(diào)用等，可以充分提高數(shù)控編程的效率。
1.用戶子程序應(yīng)用實例
實際應(yīng)用中，針對同一產(chǎn)品的多個相同加工特征的情況，以CAM軟件編程或手工編程時，如能充分利用子程序功能，既可減少建模的工作量，也可提高程序的簡潔性，降低程序的錯誤率。在多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)中，子程序調(diào)用都有專門的指令，如在FANUC系統(tǒng)中有M98/M99，在DeckelMaho系統(tǒng)中有G14或G22等。如圖1所示的分別是輪廓深度銑削循環(huán)、矩形陣列銑削循環(huán)、圓形旋轉(zhuǎn)陣列銑削循環(huán)等三種不同的典型銑削循環(huán)。圖2則是基于FANUC系統(tǒng)的相應(yīng)的子程序調(diào)用代碼，其中O8001為深度銑削循環(huán)子程序調(diào)用代碼、O8002為矩形陣列程序代碼、O8003為圓形旋轉(zhuǎn)陣列的循環(huán)銑削子程序調(diào)用代碼。
a)深度銑削循環(huán)
b)矩形陣列銑削循環(huán) c)圓形陣列銑削循環(huán)
圖1 典型銑削循環(huán)示意圖
a)深度銑削循環(huán)調(diào)用
b)矩形陣列子程序調(diào)用
c)圓形陣列子程序調(diào)用
圖2 相應(yīng)子程序循環(huán)調(diào)用示意圖
2. 用戶宏程序應(yīng)用
早期的普通數(shù)控機床系統(tǒng)都具有內(nèi)存容量小的特征，但數(shù)控系統(tǒng)大多都提供用戶宏程序的功能。使用用戶宏程序可以有效地解決比較規(guī)則的曲面、圓角、型腔和外形輪廓等加工特征。使用宏程序時，要求思路清楚，語法正確。一般的數(shù)控系統(tǒng)提供的宏程序功能由條件判斷語句、邏輯運算、算術(shù)運算、循環(huán)控制語句、系統(tǒng)變量及用戶變量設(shè)置等組成。其基本功能組成描述如下表所示。
用戶宏程序功能組成
如圖3所示的是某產(chǎn)品上部圓角的加工，如果以圓柱銑刀或球頭刀采用直線擬合的方式進行加工時，采用CAM軟件編制此圓角曲面的數(shù)控程序，其程序以直線擬合的方式進行加工，程序代碼的容量是傳統(tǒng)數(shù)控機床所無法容納的，若采用DNC加工，則存在數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。如果以手工編程方式采用宏程序，采用圓柱立銑刀的刀尖或球頭刀進行該圓角曲面的圓弧插補加工，則程序變得簡潔短小，其程序如圖4b所示，而以CAM軟件進行編程的直線擬合的加工程序代碼如圖4a所示。從圖中可以看出，CAM編制的程序容量較宏程序的容量大得多。如采用相同的加工插補精度，宏程序只需調(diào)節(jié)＃110用戶變量來調(diào)節(jié)每層Z軸的加工深度，即可滿足加工精度要求。而以直線擬合加工方式提高精度時，程序容量可能呈倍數(shù)增加，傳統(tǒng)數(shù)控機床的容量更難以滿足生產(chǎn)要求。同時該程序通過調(diào)節(jié)＃110用戶變量可滿足粗加工、半精加工和精加工要求，程序的柔性比用CAM軟件編制出的數(shù)控程序適應(yīng)性更好。
用戶宏程序功能組成
圖3 用戶宏程序循環(huán)加工示意圖
a)直線擬合加工程序代碼
b)用戶宏程序循環(huán)加工程序
圖4 直線擬合與宏程序加工程序代碼對比
3. 程序代碼段調(diào)用
如圖5所示，在某臥式銑削加工中心上加工某回轉(zhuǎn)體零件側(cè)面的均布U形槽，如采用CAM軟件編程，即使采用絕對軌跡編程，其程序容量也較大。由于有相同的加工特征，可以充分利用系統(tǒng)的程序代碼段或子程序調(diào)用的功能，在方便了編程的同時，提高了編程的效率，降低了程序加工的風(fēng)險。圖5c和圖5d分別為利用DeckelMaho和Heidenhain數(shù)控系統(tǒng)的程序代碼段調(diào)用的功能，來完成相同的特征的加工NC程序示意圖，其中G14和 Tool CALL指令完成程序代碼段的調(diào)用。MAHO系統(tǒng)中的G14重復(fù)完成N9至N191之間的加工功能，而Heidenhain系統(tǒng)中的ToolCall重復(fù)調(diào)用LBL1到LBL0之間的程序代碼。從圖5中可以看出，對于重復(fù)加工的產(chǎn)品特征對象，采用這種程序，風(fēng)格簡潔明了，思路清晰了，而且程序的柔性適應(yīng)性較好，編輯修改、錯誤檢查都變得非常方便。
a)刀具軌跡示意圖
b)仿真加工示意圖
c)DeckelMaho系統(tǒng)NC代碼段調(diào)用
d)Heidenhain系統(tǒng)NC代碼段調(diào)用
圖5 程序代碼段調(diào)用
4. 刀具平面轉(zhuǎn)換編程
據(jù)統(tǒng)計，零件的數(shù)控加工，用于機床的切削加工時間相對于裝夾、調(diào)度、檢驗時間而言，其比重不超過50%，因此提高產(chǎn)品的裝夾效率對于提高數(shù)控加工的效率有著極其重要的意義。如圖6所示的是某產(chǎn)品的孔加工示意圖，如果采用三軸數(shù)控機床，需要裝夾、找正兩次，而對于主軸復(fù)合擺動的五軸數(shù)控機床，如DMU125P來說，則可充分利用數(shù)控系統(tǒng)的功能，采用刀具平面轉(zhuǎn)換等功能快速完成程序的編制。針對DMU125P型數(shù)控機床系統(tǒng)，DeckelMaho提供的M55功能，可以用手工的方式采用G7指令代碼完成刀具平面的轉(zhuǎn)換。如圖7所示的是刀具平面分別繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的示意圖，圖8則是針對該產(chǎn)品的孔加工，采用刀具平面轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)偏移的方式來完成產(chǎn)品的五軸鉆孔加工的NC代碼示意圖。通過這種加工策略減少在了裝夾輔助時間的同時，提高了產(chǎn)品的加工精度和效率。
圖6 五軸鉆孔加工示意圖
M55 G7 A5=15°
a)刀具平面繞X軸旋轉(zhuǎn)
M55 G7 B5=15°
b)刀具平面繞Y軸旋轉(zhuǎn)
M55 G7 C5=15°
c)刀具平面繞Z軸旋轉(zhuǎn)
圖7 可變刀具平面示意圖
圖8 DMU125P主軸復(fù)合擺五軸鉆孔加工
三、結(jié)束語
合理地利用子程序、宏程序和代碼段進行手工編程，對于數(shù)控加工程序的簡化，作用是十分明顯的，通過我們的實例，大家對其產(chǎn)生的顯著效果有了感性的認(rèn)識。現(xiàn)實的加工中，有相同或相似特征的零件很多，如果大家在從事加工或編程的過程中能合理的利用這些技術(shù)，定能起到事半功倍的效果。
