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      立式加工中心巧用宏程序編程與注意事項


            關鍵詞:立式加工中心、宏程序、編程


            前言:加工中心(英文縮寫為CNC 全稱為Computerized Numerical Control):是帶有刀庫和自動換刀裝置的一種高度自動化的多功能數控機床。工件在加工中心上經一次裝夾后,數字控制系統能控制機床按不同工序,自動選擇和更換刀具,自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助機能,依次完成工件幾個面上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能,從而使生產效率大大提高。加工中心主要分為立式與臥式兩種結構類型,適用于加工復雜零件的高效率自動化機床。加工程序編制質量,是決定加工質量和效率的重要因素。至此,我們將重點研究立式加工中心的加工工藝分析、宏程序編程特點等方面。并以中捷TH56100型號機床(配置FANUC 0I-MC)的立式加工中心為例,展開討論。


            一.編程前主要考慮因素:


        1、工藝性分析


      (1)選擇加工內容


          加工中心最適合加工形狀復雜、工序較多、批量大、精度要求較高的零件,此類零件以往普遍使用的都是通用型的普通機床,工序復雜,精度不高,難以適應大量生產。


      (2)審核圖紙

       


            零件圖紙應標準清晰,表達清楚,同時圖紙上應盡量采用統一的設計基準,進而方便零件的工藝編制及系統編程,確保零件的精度要求。


      (3)分析零件的精度要求


          根據零件部件及成品當中的使用要求,分析各項精度和技術要求是否合理;同時考慮零件的裝夾前提下,合理選用加工中心類型(立式或臥式)。


          2、工藝過程設計


           工藝設計時,主要考慮精度和效率兩個方面,一般遵循先面后孔、先基準后其它、先粗后精的原則。加工中心在一次裝夾中,盡可能完成所有能夠加工表面的加工。對位置精度要求較高的孔系加工,要特別注意安排孔的加工順序,安排不當,就有可能將機床的間隙誤差帶入,直接影響機床定位精度。


          加工過程中,為了減少換刀次數,可采用刀具集中工序,即用同一把刀具把零件上相應的部位都加工完,再換第二把刀具繼續加工。盡量簡化加工步驟,縮短換刀等輔助時間。


          3、裝夾零件


        (1) 定位基準的選擇


          零件的定位要遵循六點定位原則的前提下,同時注意以下幾點:


          1)當零件的定位基準與設計基準難以重合時,應認真分析裝配圖樣,明確該零件設計基準的設計功能,通過尺寸鏈的計算,嚴格按規定定位基準與設計基準間的尺寸位置精度要求,確保加工精度。例如,對于滑板類、軸承座類零件等。


          2)進行多工位加工時,定位基準的選擇應考慮能完成盡可能多的加工內容,以避免多次裝夾。


          3)編程原點與零件定位基準可以不重合,但兩者之間必須要有確定的幾何關系。編程原點的選擇主要考慮便于編程和測量。


         (2)夾具的選用


          在加工中心上,夾具的任務不僅是裝夾零件,而且要以定位基準為參考基準,確定零件的加工原點。因此,定位基準要準確可靠。


          (3)零件的夾緊


        在考慮夾緊方案時,應保證夾緊可靠,避免加工過程干涉,并盡量減少夾緊變形。


          4、刀具的選擇


           加工中心對刀具的基本要求是:


        安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,提高刀具的加工剛性。


            二.加工中心的巧用宏程序及相關參數、子程序應用等內容


            本立式加工中心所配置的數控系統是FANUC系統,雖然與西門子、海德漢、三菱等系統的配置不同,但各數控系統程序編制的內容和格式如出一轍,對于在加工有規律的零件,通常通過優化加工程序,都可以大大縮短編程時間,提高程序的融通性和泛用性,使加工程序變得短小精悍,節省系統內存存儲空間,操作起來簡練靈活,大大提高生產效率。


           (一)FANUC系統子程序(宏程序)調用


          1.應用 % c8 j( G6 V! u5 u$ G3 d' a


          FANUC系統當中的主程序與子程序只是相對而言的,沒有明確區分。子程序通常用于重復性的加工,例如:


      (1)零件上有若干處具有相同輪廓形狀時,只編寫一個輪廓的子程序,然后用主程序來調用該子程序。
      (2)加工中反復出現具有相同軌跡的走刀路線時,被加工的零件從外形看并無相同的輪廓,但需要刀具在某一區域分層或分行反復走刀,走刀軌跡總是出現某一特定的形狀,采用子程序就比較方便,通常用增量方式編程。


          2.結構


          在FANUC系統當中程序的調用大致分為宏程序調用及子程序調用,宏程序調用指令有G65\G66\M代碼\G代碼,子程序調用指令有M98\T代碼\M代碼。但值得強調的是,M\G\T代碼調用不能調用多個宏程序,這種程序當中的以上代碼將被處理為普通代碼。在子程序(宏程序)中的最后一個程序段中用M99結束子程序運行(使用模態調用指令G66調用時,需用G67取消),并返回主程序。接下來以M代碼調用子程序舉例:


          N10 M98 P11 L3 ;調用子程序O0011 ,運行3次
          N20 …
          N30 M99;(返回主程序或上一級程序)


           3.子程序程序名


        為了方便地選擇某一子程序,必須給子程序命名。程序名可以自由選取,但必須符合以下規定:
      (1) 開頭以英文字母“O”開頭
      (2)沒有分隔符 : d, \, R; E2 F7 Q* g; D4 G* Q% J6 t
       其方法與主程序中程序名的選取方法一樣。* |


           4、嵌套深度 


          子程序不僅可以從主程序中調用,也可以從其它程序中調用,這個過程稱為子程序的嵌套。子程序的嵌套深度可以為四層,也就是四級程序界面(包括主程序界面) 。 :


          注釋:在使用加工循環進行加工時,要注意加工循環程序也同樣屬于四級程序界面中的一級。   Z+ k: ~* s4 ]& m5 w" s% J


          (二).FANUC系統宏程序應用


          變量


          1. 功能


           宏程序與子程序類似,對編制相同加工的操作可以使程序簡化.同時宏程序中可以使用變量,算術和邏輯運算及轉移指令,還可以方便地實現循環程序設計。使相同加工操作的程序更方便,更靈活。使用子程序編程可以重復同樣的操作,簡化程序的書寫工作


          2. 變量-可分為四種類型


          (1) 空變量
           #0為空變量,該變量不能賦值。
           (2) 局部變量
           #1~#33為局部變量,局部變量只能在宏程序中存儲數據。當斷電時局部變量被初始化為空,調用宏程序時,自變量對局部變量賦值。局部變量的數值范圍10-29~1047或-1047~-10-29,如果計算結果超過該范圍則發出P/S報警。
          (3) 公共變量
           #100~#199、#500~#999為公共變量,公共變量在不同的宏程序中意義相同。當斷電時,變量#100~#199被初始化為空,變量#500~#999的數據不會丟失。全局變量的數值范圍10-29~1047或-1047~-10-29,如果計算結果超過該范圍則發出P/S報警。
          (4)系統變量
           #1000~為系統變量,系統變量用于讀和寫CNC運行時的各種數據,如刀具的當前位置和補償值等。


           3.賦值


           變量值的精度為8位十進制數。對宏程序中的變量可以進行算術運算和邏輯運算。


      例如,用賦值語句#1=9876543210123.456時,實際上#1=9876543200000.000。
      例如,G00X[#1+#2];或G00X[#i=#jAND#k]
      在自變量指定I中,G、L、O、N、P不能用,地址I、J、K必須按順序使用,其它地址順序無要求。
      舉例:G65 P3000 L2 B4 A5 D6 J7 K8      正確(J、K符合順序要求)
      在宏程序中將會把4賦給#2,把5賦給#1,把6賦給#7,把7賦給#5,把8賦給#6
      舉例:G65 P3000 L2 B3 A4 D5 K6 J5      不正確(J、K不符合順序要求)


            4.宏程序結構


          宏程序從結構上可以有順序結構、分支結構和循環結構。本節介紹分支和循環結構的實現方法。
      (1) 無條件轉移(GOTO)
         格式:GOTOn;n為順序號(1~9999)
         例如,GOTO6;
         語句組
         N6 G00X100;
         執行GOTO6語句時,轉去執行標號為N6的程序段。
      (2) 條件轉移(IF)
         功能:在IF后面指定一個條件表達式,如果條件滿足,轉向第N句,否則執行下一段。
         格式IF [條件表達式] GOTO n;
         其中:條件表達式 一個條件表達式一定要有一個操作符,這個操作符插在兩個變量或一個變量和一個常數之間,并且要用方括號括起來,既[表達式  操作符 表達式]。
       
           

                                      操作符


      (3) 循環(WHILE)
             格式:WHILE[關系表達式]DO m;
             語句組;
            END m;
            當條件表達式成立時執行從DO到END之間的程序,否則轉去執行END后面的程序段。
      例如,#1=5;
      WHILE[#1LE30]DO 1;
      #1=#1+5;
      G00X#1Y#1;
      END 1;
      M99;
      當#1小于等于30時,執行循環程序,當#1大于30時結束循環返回主程序。
      宏程序應用舉例
      用數控機床加工橢圓型零件時,用普通的編程方法肯定是行不通的,下段就通過運用參數給角度賦值,達到加工橢圓的典型宏程序事例。

          
      1. 橢圓型加工宏程序代碼:

         
         
      N10 G54 G90 G0 S1500 M03 (主軸轉速1500)
      N12 X0 Y0 Z30. (移動到坐標原點,高30mm)
      N14 G0 Z1 (快速移動到離工件1mm高)
      N16 G1 Z-5. F150. (切削深5,進給150)
      N18 G41 D1 (左插補刀具直徑)
      N20 #1=0
      N22 #2=50(長軸半徑)
      N24 #3=15(短軸半徑)
      N26 #4=#2*COS[#1] (以下是典型的賦值過程)
      N28 #5=#3*SIN[#1]
      N30 #10=#4*COS[45]-#5*SIN[45]
      N32 #11=#4*SIN[45]+#5*COS[45]
      N34 G1 X#10 Y#11 
      N36 #1=#1+1
      N38 IF [#1 GT 360] GOTO26(判斷循環)
      N40 G40 G1 X0 Y0  (取消刀補并返回原點)
      N42 G0 Z100 (快速移動到離工件100高)
      N44 M30 (結束)


          2、如圖所示零件的宏程序編制:

           
       
      主程序
      O1000;
      G90 G15 G80 G69;
      T01 M06 ;(Φ12銑刀)
      G43 G54 G00X0Y0 Z10 H1;
      S800 M03;
      G65 P2000 A0;
      G69;
      G0 G90 Z10;
      G49 G59 X0 Y0 Z0 M05;
      M30;;
      子程序
      O2000;
      N10 G00 G16 G90 X-70Y0;
      #1=#1+1;
      Z-10;
      G01  X-50  Y0  F100;
      G00  Z10;
      G91  G68  X0  Y0  R45;
      IF [#1 NE 8 ] GOTO 10;
      M99


            上述兩個宏程序的舉例,充分體現出在手工編程中,宏程序的使用,不僅能使程序簡單方便,而且便于修改,語句簡單,通俗易懂并且被調用的子程序具有一定的通用性。


            結論:現代的生產模式當中,數控加工中心已經廣泛應用到制造業各領域,但隨著加工范圍的復雜化,設備的集成化提高,宏程序的優勢將銳不可當,將在快節奏的生產作業當中起到主導地位,對于提高數控機床加工效率具有重要意義。

       

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