数控机床功能的开发与应用

数控机床功能的开发与应用　口王吉林　上海电机学院　上海　２０００９３　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。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。　关键词：宏程序　开发与应用　数控机床的功能　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ｂ　为弥补数控机床功能的不足，人们开始使用ＵＧ、　Ｐｒｏ／Ｅ、Ｃｉｍａｔｒｏｎ等ＣＡＤ／ＣＡＭ软件，然而ＣＡＤ建模时　的计算精度、ＣＡＭ生成ＮＣ刀具轨迹时的（逼近）计算　精度和后置处理环节有时都会影响对复杂零件加工的　结果。所以ＣＡＤ／ＣＡＭ软件的应用并不是弥补数控机　床功能不足的最佳方案，这样运用宏程序开发数控机　床功能就显得尤为重要。　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的　体会，运用宏程序开发数控机床功能是可取的方案。宏　程序可以使用变量，且变量赋值、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。与ＣＡＭ生成的程序相比逻辑更严　密，有极好的易读性和易修改性。当然也存在很大技术　性，比如：数学模型的建立、数学关系的表达、轨迹路线　的取舍等都能直接影响宏程序对零件的加工精度。　宏程序的开发与应用，必须对数控系统原有代码　有充分认识。ＦＡＮＵＣ系统用户宏程序变量类型分为系　统变量和用户变量，前者用于系统内部运算时各种数　据的存储；后者又包括局部变量和公共变量，用户可以　单独使用，系统作为处理资料的一部分。ＦＡＮＵＣ　Ｏｉ系　统变量类型见表１。　宏程序可进行参数的传递，以Ｇ６５指令调用，Ｍ９９　指令返回上级程序。宏程序还可以用Ｇ代码和Ｍ代码　调用。自定义Ｇ代码、Ｍ代码本质上是调用宏程序。　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　收稿日期：２０１０年３月　机械制造４８卷　第５５０期　文章编号：１０００—４９９８（２０１０）０６—００４９—０３　表１　ＦＡＮＵＣ　Ｏｉ系统变量类型　变量名　类型　功能　＃ｏ　空变量　该变量总是空，没有值能赋予该变量。　用　局部变量只能在宏程序中存储数据，如运算　＃１～＃３３　局部变量　结果。断电时，局部变量清除（初始化为空）　户　可以在程序中对其赋值。　公共变量在不同的宏程序中的意义相同（即　变　公共变量对于主程序和从这些主程序调用的　＃１０Ｏ～＃１９９　公共变量　每个宏程序来说是公用的）。　量　＃５００一＃９９９　断电时，＃１００～＃１９９清除（初始化为空），通电　时复位到…０’。　而＃５００～＃９９９数据，即使在断电时也不清除。　＃１０００以上　系统变量　系统变量用于读和写ＣＮＣ运行时各种数据　变化。　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２１２程序。若是，程　序完毕。　２．１　数控车床固定循环指令的　：ｆｉ－发　上世纪由于受到经济及其它　因素的制约，我国数控机床所采　用的数控系统一般为简易数控系　统，以ＦＡＮＵＣ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｒｅ　０系统数控车床为例，其提供　的插补功能只有定位（ＧＯ０）、直线插补（ＧＯ１）、圆弧插　补（ＧＯ２／ＧＯ３）、等导程螺纹切削（Ｇ３２）、连续螺纹切削　和跳步功能（Ｇ３１）等６项功能。连最基本固定循环指令　都没有，如单一形状固定循环指令Ｇ９０、端面车削循环　指令Ｇ９４和外径粗车循环指令Ｇ７１、固定形状粗车循　环指令Ｇ７３等均没有。鉴于以上原因，有些使用单位只　能望洋兴叹，无从着手。其实利用ＦＡＮＵＣ系统提供的　变量参数对Ｇ指令功能可进行二次开发应用。　２０１ｏ／６圈Ｉ　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　切入一切削一退刀～返回４个动作、４个程序段简化为　一车削要求。用同样的　方法可以完成设置、　开发并应用其它固　个程序段。即将典型而固定的连续动作编制成固定　定循环指令和复合　形状固定循环指令，　从而弥补ＦＡＮＵＣ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｒｅ　０系统数　循环的子程序，存储在子程序存储器中。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２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　３，参量指令中对于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。　表２　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　问题通常采取两种方法，即ＣＡＤ／ＣＡＭ和宏程序。前　程序号　０９０１０　０９０１１　０９０１２　０９０１３　０９０１４　０９０１５　０９０１６　０９０１７　０９０１８　ｔ０９０１９　参数号　６０５０　６０５１　６０５２　６０５３　６０５４　６０５５　６０５６　６０５７　６０５８　６０５９　表３参量指令　地址　Ａ　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￣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　变量号　＃１　地址　Ｉ　变量号　＃４　地址　Ｔ　变量号　＃２０　般而言这类程序少则几千，多则几万段，如果程序中出　现问题，纠正起来比较困难。而ＦＡＮＵＣ、ＳＩＥＭＥＮＳ等数　Ｂ　Ｃ　Ｄ　＃２　＃３　群７　Ｊ　Ｋ　Ｍ　＃５　＃６　＃１３　Ｕ　Ｖ　Ｗ　＃２ｌ　＃２２　＃２３　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。试举椭球冠三维图形说明其优越性。　如图３所示，为椭球冠图形，长半轴４０ｍｍ，短半轴　２０ｍｍ。如要用ＣＡＭ软件进行设计造型、后置处理生成　程序，会化简为烦，事倍功　半。而运用变量来完成椭　球冠的加２１２则会化难为　Ｅ　Ｆ　＃８　＃９　Ｑ　Ｒ　＃１７　＃１８　Ｘ　Ｙ　＃２４　＃２５　Ｈ　＃１ｌ　Ｓ　＃ｌ９　Ｚ　＃２６　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：　０９０１０：　Ｎ４０　ＧＯ１Ｘ＃２４　Ｆ＃９；　Ｎ１０＃３０＝＃５００１；　Ｎ２０＃３１＝＃５００２；　Ｎ３０　ＣＯ０Ｚ＃２６；　Ｎ５０Ｚ＃３１　Ｆ［　★３】；　Ｎ６０　Ｇ００Ｘ＃３０；　Ｎ７０　Ｍ９９；　易，事半功倍。　根据椭圆方程式：　／　０９０１０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）　（ｗ）一Ｆ．．。切削过程如图２所　口。＋　／ｂ。＝１和椭圆参数　方程式，推出△　和Ａ　的相互关系式：Ａｚ＝ａＣＯＳｔ；Ａ　：ｂｓｉｎｔ。编程时，要特别注意深度变化与△　的关系。　工件原点确定在上表面中心位置。以下Ｏ１２３５是椭球　冠的宏程序：　０１２３５；　Ｎ１０　Ｇ５４　Ｇ９０　Ｇ４０；　Ｎ２０　Ｍ０３￥２０００；　Ｎ３０ＣＯＯＸ０Ｙ０　Ｚ２０．；　Ｎ４０＃ｌ＝０．１；　Ｎ５０＃２＝４Ｏ女ＣＯＳ［＃１】；　Ｎ６０＃３＝２０★ｓｉｎ［＃１】；　Ｎ７０　Ｇ００　Ｘ２５　Ｙ２５；　／／程序号　／／建立坐标系　／／刀具正转，２　０００　ｒ／ｒａｉｎ　／／检验工件坐标系　／／＃１变量赋初值０．１ｍｍ　／／＃２变量赋值　／／＃３变量赋值　／／外轮廓进刀点　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￣编制相应的变量宏程序Ｏ９０１３如下：　Ｏ９０１３；　Ｎ４０　Ｇ０１　Ｚ＃２６　Ｆ＃９；　＃６ｏ５３相对　应，并对应设置为Ｇ９０，根据外圆车削循环指令的特点　Ｎ８０　Ｇ０１Ｚ［＃２—４０】Ｆ１００；　／／进入切削状态　Ｎ９０Ｇ４１　Ｘ＃３Ｙ０Ｄ０１；　／／建立左刀补　Ｎ１０＃３０＝｝｝５００１；　Ｎ２０＃３１：＃５００２；　Ｎ３０　ＣＯ０　Ｘ＃２４　Ｎ５０ｘ＃３０　Ｆ［　★２】；　Ｎ６０Ｇ００Ｚ＃３１：　Ｎ７０　Ｍ９９：　Ｎ１００Ｇ０２Ｘ＃３　Ｙ０Ｉ一样３　Ｊ０；／／加工截面圆　Ｎ１１０　Ｇ４０　Ｇ０１　Ｘ２５　Ｙ一２５；　／／取消刀具补偿　Ｎ１２０＃ｌ＝＃１＋０．１；　／／每次切削量　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　Ｎｌ３０　ＩＦ［＃１ＬＥ９０】ＧＯＴＯＳ０；／／建立切削循环　ＩＩ５０ｌ　２０１０／６　机械制造４８卷　第５５ｏ期　Ｄ　３　２２焊条在设备检修中的应用　口景根生　４５２４７１　郑州发祥铝业有限公司　河南登封摘要：论述Ｄ３２２堆焊焊条的性质、适用范围、使用方法，介绍了利用堆焊焊条补焊磷铁环压脱机夹紧块月牙板等　夹紧块月牙板　防磨治理使用效果　文章编号：１０００—４９９８（２０１０）０６—００５１—０２　便，飞溅少，适用于各种位置焊接，交直流焊机均可焊　接，现场实用性广　。　易磨损部位的操作方法及使用效果，对解决易磨损设备部件的防磨治理提供了参考。　关键词：Ｄ３２２堆焊焊条中图分类号：ＴＨ１７；ＴＧ４４４　１　文献标识码：Ａ　残极压脱机是残极处理线上重要设备之一，而磷　铁环压脱机夹紧块月牙板直接关系到磷铁环压脱的干　净程度和压脱效率，购买的月牙板因材质和热处理不　到位造成磨损速度加快，有时使用不到一周就需更换，　２　Ｄ３２２焊条堆焊在磷铁环压脱机部件上的方　法及效果　２．１磷铁环压脱机功用及工作原理　不但增加维修成本，而且影响生产进程。发祥铝业有限　公司利用Ｄ３２２堆焊焊条特性，在磷铁环压脱机及颚式　破碎机上的易磨损部位补焊，使用寿命增加４倍以上。　达到了设备防磨治理效果。　磷铁环压脱是郑州发祥铝业有限公司残极处理工　作中的一个重要工序，采用磷铁环压脱机压脱磷铁环　１　Ｄ３２２焊条特性　１）Ｄ３２２＇）￣条属堆焊焊条的一种，堆焊焊条常用于　手工电弧堆焊机件上，具有耐磨、耐蚀或耐热等特殊性　能合金的表面，以及修复机件上被磨损、腐蚀的表面…。　２）Ｄ３２２焊条符合国标型号ＥＤＲＣｒＭｏＷＶ—Ａ１—　既提高了生产效率又降低了工人劳动强度，安全性显　著提高。但因该机压力大、使用频繁、属于冲击型工作　方式，部件磨损较快，造成磷铁环压脱机故障率偏高，　设备维护麻烦，如果维护不及时，就会影响设备性能，　造成脱铁效率降低。ＹＳＱ１型磷铁环压脱机主要是应用　带半圆弧月牙板的夹紧块在液压缸作用下相对运动，　０３标准，实际是铬钨钼钒冷冲模堆焊焊条，堆焊层硬度　≥５５　ＨＲＣ，药皮属氧化钛钙型，含有３０％以上氧化钛、　２０％以下含钙镁的碳酸盐，焊接工艺性能好，脱渣方　收稿日期：２００９年ｌ２月　卡住磷铁环上部钢爪，两个半圆合拢之后直径比钢爪　直径大１０　ｍｉｌｌ，使钢爪不受限制。而磷铁环却被卡在夹　紧块月牙板以下，当主油缸带动活塞杆通过顶紧头紧　顶磷铁环下部，在高压力作用下，磷铁环因脆性开裂，　Ｎ１４０　Ｇ００Ｚ１２０；　／／抬刀　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。　Ｎ１５０　Ｍ３０；　／／程序结束　该程序ｌ５段，１７５个字符简明扼要，并可根据设计　要求和零件精度改动变量值。变量程序的开发与应用　简捷易懂，实用性强。与ＣＡＤ／ＣＡＭ软件有天壤之别。　它可以通过改变相应的参数变量，来满足不同技术要　参考文献　［１】　（美）彼得・斯密德（Ｐｅｔｅｒ　Ｓｍｉｄ），罗学科译．ＦＡＮＵＣ数控　系统用户宏程序与编程技巧【Ｍ】．北京：化学工业出版社，　２００７．　求的结果，此法当然是工程技术人员首选的最佳方案。　３结束语　本文通过讲解几个实例，说明宏程序的运用可扩　展数控机床的功能，可将数学函数构造的非圆弧曲线　组成的工件轮廓或三维曲面轮廓用最简单程序编制完　成，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　【２】郑国梁．高级语言程序设计［Ｍ】．南京：南京大学出版社，　１９９５．　【３】　Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｆ，Ｃａｒｔｅｒ　Ｊ　Ｒ．Ｔｒｅｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌｓ【Ｃ］．Ｔｈｅ　４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｍａｎｕ．　ｆａｅｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ，１９９７．　△　（编辑　日　月）　机械制造４８卷　第５５０期　２０１０／６回