数控程序模块化设计及应用

胡明哲

（西京学院机械工程学院，西安 710123）

1 机床数控系统

目前，机械行业使用的数控机床的数控系统主要有FANUC、SINMENS、HNC 等，其中，德国的西门子系统（SINMENS）是高精度的数控系统，系统中包括典型的轮廓加工和孔系加工等，编程时采用人机对话方式，操作人员只需输入所需要的尺寸参数即可加工出所需要的轮廓形状，但是其价格昂贵。而国产的华中系统不具备上述西门子系统所拥有的模块化编程模式，于是绝大多数编程人员在编制零件的程序时，按照工艺路线都得从程序开头开始，一步一步完成直到程序结束。采用这种编程方法程序字为常数，只能描述固定的几何形状，缺乏灵活性和通用性。为了解决这个问题，我们可以利用HNC 数控系统的宏程序控制功能，参照系统，将需要改变的参数设置成变量，将程序模块化，遇到形状相同的零件或者加工轨迹相同的零件时，只需修改相应的参数，其余程序不变，即可完成零件的加工，大大提高了加工效率。下面以HNC 数控系统为例，对数控程序模块化作详细说明[2]。

2 孔口倒角模块化程序

孔口倒角是机械零件中较常见的一种结构型面，主要作用是为了去除毛刺和零件之间便于装配。从外形观察，孔口倒角就是一个空间曲面，采用成型刀具加工时，生产效率高，但加工刀具价格昂贵，并且刀具在加工过程中一旦磨损就无法保证加工尺寸。当倒角的尺寸发生改变时，还需要重新设计和制造，既费时又费力，影响加工进度[2]。采用普通的立铣刀加工时，一般的手工编程无法实现，可以借助CAM 软件进行编程，但是CAM软件编出来的程序不能循环，一般都非常长，程序不够灵活，空走刀多。为了降低成本，提高加工效率，我们可以采用宏程序编程，刀具参数、倒角参数和一些经常要改变的参数设置成变量，利用三角函数将孔口倒角的程序模块化。当刀具的尺寸或者倒角尺寸发生改变时，只需更改程序开头的变量值就可以。

如图1所示孔口倒圆角，已知孔口直径尺寸I，孔口倒圆角尺寸R，球头立铣刀半径r1，采用球头立铣刀倒圆角建立几何模型（如图2所示），其中，θ 为圆角角度，X、Z 分别为倒圆角时刀具中心的X、Z 坐标。

图1 倒圆角

图2 球头刀倒圆角时建立的几何模型

3 参考程序（倒圆角）

%0001；//主程序名

G54G90G40；//建坐标系，程序初始化

M3S1500；//启动主轴

#1=6；//孔口倒角尺寸

#2=5；//刀具半径

#3=24；//孔口直径

#4=90；//圆角角度

#5=0.05；//角度的变量

#0=0；//角度的初始值

WHILE#0LE#4角度变化不能超过90度

#20=#3/2+#1-[#1+#2]*SIN[#0]；//刀具中心X 的坐标

#21=#1+#2-[#1+#2]*COS[#0]；//刀具中心Z 的坐标

G01X[#20]Y0；//刀具中心定位到循环起点

G03X[#20]Y0Z[-#21]I[-#20]J0；//螺旋线插补倒圆角

#0=#0+#5；循环一次角度每次加0.05

ENDW；//循环结束

G00X0Y0；//XY 向快速定位至工件中心

G0Z100M9；//抬刀至安全高度

M30；//主程序结束

说明：

（1）走刀路线采用顺铣。（2）为了提高工件表面加工质量或者为了提高加工效率，可以改变角度变量#5。

（3）当零件的尺寸和刀具尺寸发生改变时，只需更改参数#1、#3和#2就可以直接加工。

4 结束语

模块化编程省时快速，应用灵活，不容易出错，且容易校验，充分发挥了机床特有的功能，提高了机床的编程效率，比使用自动编程软件更具有优越性。采用模块化编程，则可以扩大机床的工艺范围，减少了工作量，提高了加工效率。因此数控程序模块化的设计与开发的价值是不可估量的，也将影响数控功能的增加。