針對(duì)形狀相似、尺寸不同的系列零件，編制通用循環(huán)程序，加工時(shí)只需修改程序中相應(yīng)的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)加工程序中零件規(guī)格的轉(zhuǎn)換以及毛坯余量的修正，避免了因零件規(guī)格、尺寸變化而重新編制數(shù)控程序的工作，使加工更加靈活。

序言
        在數(shù)控加工中，曲面銑削或曲線車削加工程序一般采用軟件編程或手工編程方式，當(dāng)零件外形尺寸、加工部位余量等發(fā)生變化，或者吃刀量等加工參數(shù)變更時(shí)，軟件編程需要在編程軟件中重新修改模型、生成新程序；手工編程需要重新計(jì)算坐標(biāo)點(diǎn)、編制新的加工程序。
        對(duì)于一些形狀規(guī)則、可用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型表示的曲面或曲線，或者是加工部位形狀相似、尺寸不同的成系列的零件，可編制通用的循環(huán)數(shù)控加工程序。使用此類程序，在加工過程中，只需進(jìn)行少量的參數(shù)修改，即可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)程序的轉(zhuǎn)換、加工尺寸及參數(shù)的修正，能夠更加靈活地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)變化 [1-3]。

工藝分析
        本文以曲柄零件錐面的半精銑為例進(jìn)行說明，加工設(shè)備采用數(shù)控龍門銑床，數(shù)控系統(tǒng)為西門子數(shù)控840D。
        曲柄零件形狀如圖1所示，在零件圓錐曲面（圖1中陰影面）的銑削工序中，需要加工的曲面是以孔中心為軸線的圓錐的一部分，不同型號(hào)曲柄錐面的錐角、半徑以及加工的寬度范圍不同。

圖1　曲柄零件

        在龍門銑床上采用層銑削的方式加工，起始層是曲柄的上平面，終止層是曲柄的大外圓面與錐面的相交線；每一層都是以孔中心為圓心的圓弧，圓弧軌跡的起點(diǎn)、終點(diǎn)是曲柄的兩側(cè)平面。此工序?yàn)榘刖庸ぃ捎庙樐驺娡鶑?fù)加工的形式，減少進(jìn)退刀行程，提高加工效率。
        曲柄零件年產(chǎn)量約1000多件，有20多種型號(hào)。零件毛坯是鍛造件，形狀不規(guī)則，受現(xiàn)有鍛造技術(shù)的限制，同一型號(hào)零件鍛造后尺寸有較大差異，每個(gè)零件銑錐面工序都需要編制對(duì)應(yīng)的加工程序，編程工作量很大，通過編制通用循環(huán)程序可降低編程的工作量。

程序
        零件尺寸參數(shù)如圖2所示，程序原點(diǎn)設(shè)在孔的中心線（即圓錐的軸線）與曲柄上平面的交點(diǎn)。按圖2中標(biāo)注設(shè)定變量，定義加工面的形狀、曲面的邊界等尺寸參數(shù)。

圖2　零件尺寸參數(shù)

3.1 主程序說明
        主程序的主要功能是設(shè)定零件型號(hào)以及設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的零件毛坯尺寸、加工參數(shù)等數(shù)據(jù)。參數(shù)R20：零件型號(hào)；參數(shù)R6、R7：毛坯尺寸、斜角，毛坯為鍛造成形，因此每件毛坯尺寸都不同；參數(shù)R8：錐面余量，根據(jù)需要設(shè)置粗、精加工預(yù)留的加工余量；其他加工參數(shù)，如刀具尺寸、進(jìn)給速度和安全距離等，可在加工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。操作人員可根據(jù)零件實(shí)際情況對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、修改。

3.2 子程序中零件各型號(hào)數(shù)據(jù)
        子程序的主要功能包括各規(guī)格零件尺寸信息的儲(chǔ)存及選擇、坐標(biāo)計(jì)算以及加工進(jìn)給過程的設(shè)置。子程序決定了零件的加工形狀、進(jìn)給軌跡，操作人員不能隨意修改。
        不同型號(hào)的零件，其尺寸數(shù)據(jù)保存在對(duì)應(yīng)的程序段中，并根據(jù)其型號(hào)進(jìn)行命名，在主程序中R20輸入對(duì)應(yīng)型號(hào)的名稱，在子程序中通過CASE指令，判斷R20參數(shù)的值，進(jìn)入對(duì)應(yīng)的程序段，獲得對(duì)應(yīng)型號(hào)零件尺寸數(shù)據(jù)。例如：指定某一型號(hào)為S60的零件，設(shè)定其編號(hào)16001，對(duì)應(yīng)尺寸數(shù)據(jù)寫在_M60A程序段中。在主程序中輸入R20=16001，子程序中通過CASE （R20）16001 GOTOF _M60A，跳轉(zhuǎn)到_M60A程序段，讀取零件各尺寸參數(shù)。后續(xù)程序根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出加工軌跡中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行曲面的加工。

3.3 子程序中軌跡節(jié)點(diǎn)計(jì)算、循環(huán)加工
        通過指令$AA_IW[X]、$AA_IW[Y]、$AA_IW[Z]獲得刀具當(dāng)前坐標(biāo)，判斷與零件的相對(duì)位置，以此作為起始層，計(jì)算程序起刀點(diǎn)。每層Z向進(jìn)刀，再根據(jù)Z的位置，計(jì)算每一加工層軌跡的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)及圓弧半徑。每一層加工結(jié)束后，繼續(xù)Z向進(jìn)刀，進(jìn)入下一加工層，如此循環(huán)，直至程序中的結(jié)束位置。
        每一層加工軌跡為一段圓弧，圓弧的起始點(diǎn)是圓弧與側(cè)面斜線的交點(diǎn)，銑刀加工時(shí)軌跡為刀盤中心，因此計(jì)算時(shí)需要將斜線向外平移一個(gè)刀盤半徑及安全距離，使刀具的起點(diǎn)、終點(diǎn)走出工件區(qū)域，避免進(jìn)刀時(shí)與工件碰撞?？赏ㄟ^幾何關(guān)系計(jì)算。

1）計(jì)算圓弧半徑：
_CR=_TR1+_OR1+(_OB1-_OP3)/TAN(_OA)+(_TR2+_OD3)/SIN(_OA)。
2）中間過程計(jì)算：_A=TAN(_OA2)，_B=(_OM/SIN(_OA2)+_E)*TAN(_OA2)，_R=_CR*_CR+_A*_A*_CR*_CR-_B*_B。
3）起點(diǎn)坐標(biāo)的X（_OP_1）、Y（_OP_2）值：
_OP_1=(_A*_B+SQRT(_R))/(1+_A*_A)，_OP_2=-_A*_OP1+_B。
        因圓弧以中線對(duì)稱，因此終點(diǎn)X坐標(biāo)相同，Y坐標(biāo)相反。
        完成各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算后，進(jìn)入加工程序段，開始銑削加工。

3.4 加工程序
        主程序如下。
%S60.MPF
MSG(“……型錐面粗加工，圖號(hào)……”)
R20=16001；選擇零件型號(hào)
R1=600；主軸轉(zhuǎn)速
R2=2；進(jìn)給速度
R4=3；吃刀量
R6=460；毛坯斜面尺寸
R7=15；毛坯斜面角度
R8=4；毛坯錐面余量
R9=50；毛坯斜面安全距離
R10=80；刀盤半徑
R11=0；刀尖圓角
CRANK_01
M30
%

        子程序如下。
%CRANK_01.SPF
MSG(“錐面粗加工子程序”)
DEF REAL _OP1,_OP2, _OP_1,_OP_2,_OP3,_CR
DEF REAL _OB1,_OB2,_OB3,_OR1,_OR2,_OA,_OA2,_E
DEF REAL _TR1,_TR2,_OM,_OD1,_OD2,_OD3,_DEEP,_SAFE,_R,_A,_B
_OD3=R8
_OD2=0
_OA2=R7
_OM=R6
_TR1=R10
_TR2=R11
_DEEP=R4
_SAFE=R9
_OM=_OM+_TR1+_TR2+_SAFT
CASE (R20) OF 16001 GOTOF _M60A 16002 GOTOF _M60B …… GOTOF …… DEFAULT GOTOF END
_M60A:
_OB1=32
_OB2=264
_OB3=790
_OR1=1565
_OA=30
_E=1200
GOTOF _CUT
_M60B:
_OB1=40
_OB2=270
_OB3=800
_OR1=1570
_OA=25
_E=1250
GOTOF _CUT
……
_CUT:
M04S=R1
G95G90F=R2
_OP1=$AA_IW[X]
_OP2=$AA_IW[Y]
_OP3=$AA_IW[Z]
_START:
IF _OP3<=_OB1 GOTOF END
_CR=_TR1+_OR1+(_OB1-_OP3)/TAN(_OA)+(_TR2+_OD3)/SIN(_OA)
_A=TAN(_OA2)
_B=(_OM/SIN(_OA2)+_E)*TAN(_OA2)
_R=_CR*_CR+_A*_A*_CR*_CR-_B*_B
_OP_1=(_A*_B+SQRT(_R))/(1+_A*_A)
_OP_2=-_A*_OP1+_B
IF _OP2<=0 GOTOF _LEFT
G1G90 Z=_OP3
G1 X=-_OP_1
Y=_OP_2
Z=_OP3
G3 Y=-_OP_2 CR=_CR
_OP3=_OP3-_DEEP
_LEFT:
G1G90 Z=_OP3
G1 X=-_OP_1
Y=-_OP_2
G2 Y=_OP_2 CR=_CR
_OP3=_OP3-_DEEP
GOTOB _START
G0 G91 Z=10
END:
M5
M20
%

3.5 操作說明
        曲柄加工時(shí)，操作人員在主程序中輸入R20零件型號(hào)，測(cè)量毛坯尺寸后輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)，輸入適當(dāng)?shù)募庸?shù)，將刀具移動(dòng)到需要加工的起始層Z位置，即可運(yùn)行程序加工。更換其他型號(hào)零件時(shí)只需修改R20等參數(shù)，如果同型號(hào)不同毛坯的尺寸有變化，只需修改對(duì)應(yīng)參數(shù)。
        當(dāng)新增型號(hào)時(shí)，編程人員在子程序中添加對(duì)應(yīng)的程序段，輸入零件尺寸數(shù)據(jù)，對(duì)程序進(jìn)行擴(kuò)充。

結(jié)束語
        編制通用循環(huán)程序，可使操作人員在現(xiàn)場(chǎng)加工過程中能靈活應(yīng)對(duì)各種預(yù)先設(shè)定好的變化情況，不必再針對(duì)不同型號(hào)的零件重新編制各自的加工程序。當(dāng)特定的加工狀態(tài)變化后，進(jìn)行少量的參數(shù)修改即可重新開始加工，不必重新編制數(shù)控程序，大大提高了加工效率。

參考文獻(xiàn)：
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（轉(zhuǎn)載）