相似類零件數控編程的研究

宏指令及R參數編程，是數控編程技術的一項關鍵技術。利用SIEMENS810D系統中的R參數及宏指令“@”可解決錐齒輪類零件的數控程序的通用性問題。采用R參數及宏指令，不僅使數控程序具有通用性、靈活性，使程序得到最大限度的簡化，而且極大地提高編程效率和加工可靠性，為一些特殊及相似零件的數控編程提供參考依據。
一、引言

　　在工廠實際生產中，常常有一些形狀相似的零件需要加工。如我們用數控車床加工的礦用電力牽引電機車傳動用的錐齒輪錐面，產品型號多達三十種，然而這些錐齒輪的結構及外形卻非常相似，如果一個個去編程很費事而且易出差錯，且占用內存空間；若用系統自帶的標準循環程序顯得不直觀，且無法準確控制刀路，特別是碰到斷屑不暢的情況，為了除去鐵屑時常按RESET鍵，這樣無法用“程序段搜索”到具體的哪一條程序，往往只有從頭啟動程序，加工效率不高，給加工帶來諸多不便。

　　在用手工編制零件的數控加工程序時，在一般情況下，通常將重復執行的加工內容編寫成子程序，以此來達到簡化程序的目的。但有時我們覺得程序仍不夠簡化，特別是當遇到形狀復雜的零件時程序仍然顯得冗長。另外，僅采用“G”、“M”代碼編寫的數控程序缺乏通用性，且顯得過于呆板。因此，如何編寫一個加工錐齒輪錐面的具有通用性、靈活性和實用性強的通用程序是一個值得深入探討的問題。

二、R參數及宏指令簡介

　　在SINUMERIK810D數控系統中，為用戶提供了算術參數R編程及宏指令。算術參數R常稱R參數，R參數是個非常靈活的參數，共有100個，即R0~R99，在編程中可對這些R參數進行賦值，如R1=50，R2=1等；R參數還可進行加、減、乘、除、開方、乘方、三角函數等運算，如R1=R2*COS（R34）。在編制零件加工程序中，利用系統提供的宏指令功能及R參數，可實現數控程序的邏輯判斷、比較、轉移及各種運算，為解決特殊零件的數控編程問題提供了方便。這里對錐齒輪錐面加工程序中用到的一些語句作以介紹，希望對大家在運用R參數及宏指令時有拋磚引玉之作用。

SINUMERIK810D數控系統中，宏指令內容很多，程序分支（條件轉移）指令格式及用

法如圖1所示。

圖1 宏指令格式

編寫數控程序時，將宏指令與R參數聯合使用，將使數控程序大幅簡化，同時數控程序也顯得更加靈活多變。如：使用@121 <表達式1，表達式2> K LABEL1（標號），利用其條件判斷功能，當<表達式1，表達式2>值相等時，按照指令后指定的語句標號，實現程序的跳躍，或根據工藝需要在不改變原有程序的情況下，實現加工程序的轉移，改變程序的執行次序。宏指令配合R參數還可實現循環加工。　　

對于形狀相似的零件，應用宏指令及R參數編制數控程序，只需編制一個零件的加工程序，僅需改變R參數的值就可實現對不同尺寸零件的加工，從而減少編程工作量，同時還可避免因輸入程序時可能產生的錯誤，另還可省去程序校驗時間，提高工作效率，降低生產成本。下面就我們在實際工作中的編制的錐齒輪的面錐及背錐加工通用程序為例，介紹“@”指令及R參數的編程方法。

三、編程實例

　　1. 零件特點

　　圖2所示為礦用牽引機車上傳動箱用錐齒輪示意圖，該類零件的我單位有近30來種。該零件已在普通機床上完成了其他工序的加工，僅留兩個錐面未加工，需在數控車床上進行粗、精加工。其面錐、背錐的角度分別為B°和A°，面錐及背錐的表面粗糙度為Ra3.2。加工工藝方案為：粗加工面錐→粗加工背錐→加工背錐面的倒圓弧處→精車面、錐背錐。面、背錐加工中的走刀方式為沿各自錐面仿形加工。

圖2 零件示意圖

　　2. 程序處理

　　在具體的編程中，根據具體的加工圖圖紙建立起相應的數學模型，利用“@”指令及R參數算好每一個刀具節點即坐標點，使之具有通用性，而不是只具體地算好每個節點的坐標，而是將這些節點的坐標用數學表達式來確定，無疑這樣程序便具有了通用性。

　　根據圖2，經分析得出X與Z坐標的相應關系為X等于2倍Z值乘以TAN（B面錐角）或TAN（A背錐角）；粗車時將刀具的起點定在圖示外形輪廓的延長線上，留有一點有余量，這樣加工起來不會有臺階，起刀點須定在比最大毛坯量要大4mm左右的位置，以避免撞刀。編制加工程序時將每一個功能模塊編制成一個子程序，共分為4個子程序，分別是計算每刀加工余量、粗加工兩錐面、車圓弧及精加工程序。圖3所示的是錐齒輪錐面加工程序流程圖。

圖3 主程序流程圖

所生成的程序如下：
%MPF2005
（錐齒輪面、背錐加工主程序）
R50=L1 ；總厚度
R51=L ；面錐與背錐交點厚度
R52=B ；面錐角度
R53=A ；背錐角度
R54= ；背錐粗加工走刀數
R55=
R56=X2
R57=Z2
R58=； ；面錐粗加工走刀數
R59=； ；大圓弧加工走刀數
R60=1
R61= 1 ；為1則是面錐
R3=1
S200 M04
T1D1 G90 F0.4
R62=R50-R51
R4=R56-2*ABS(R62-R57)*TAN(R52)
R63=R4
SPFL1 ；計算面錐相關數據
SPFL2 ；車面錐
T3D1
R61=-1 ；為-1則是背錐
R3=1
R57=Z’2
R4=R56-2*ABS(R62-R57)*TAN(R53)
R64=R57
R65=R4
R66=0 ；為0表示倒圓，為1表示倒角
SPFL1 ；計算背錐相關數據
SPFL2 ；車背錐
T5D1
SPFL3 ；車背錐圓弧
T8D1
SPFL4 ；精車輪廓
M09
M30
%

　　MPF2005為加工該盤類零件的主程序，夾φ150外圓，先用外圓車刀（左偏刀）調用子程序SPFL1及SPFL2粗車面錐，換外圓車刀（右偏刀）后，再次調用子程序SPFL1及SPFL2粗車背錐；接著調用SPFL3子程序車背錐部R圓弧面；最后換上球頭刀調用SPFL4子程序，精車面錐及背錐。

　　圖4所示的是計算面錐及背錐面粗加工的切削余量及確定起刀點坐標的程序流程框圖。后面是相應的子程序。

圖4 計算粗加工切削余量程序框圖

%SPFL1
(2005子程序，計算切削余量)
@121 R61 R3 K100
R1=(R56-R4-0.4*TAN(R52))/R58 ；X方向粗車每刀切削余量
R2=ABS(R57-R62-0.2)/R58 ；Z方向粗車每刀切削余量
@100 K200
N100 R1=(R56-R4-1*TAN(R53))/R58
R2=ABS(R57-R62-0.5)/R58
N200 R70=R1
R71=R2
R1=R1*R3
R2=R2*R3
M17
%
%SPFL2
(2005子程序，背錐、面錐粗加工程序)
　N300 G0 X=R56+2 Z=R57
　　　G0 Z=R57+R61*R2
　　　G1 X=R56 F0.4
X=R56-R1 Z=R57
Z=R57-R61
　　　G0 X=R56+2
　　　　　R3=R3+1
　　　　　R1=R70*R3
　　　　　R2=R71*R3
　　　@126 R3 R58 K-300
　　　M17
%
%SPFL3
(2005子程序，圓弧加工)
　N400 G0 Z=R57+R69
　　　X=R4+2*R69*TAN(R53)+2
　　G1 X=IC(-2)
　　　 X=R4 Z=R57 RND=R69
　　　　X=R4+2*R69
　　　　Z=IC(-1)
　　　　R67=R67-1
　　　　R69=R55-R67*R68
　　@124 R67 0 K-400
　　G0 X500
　　　　Z200
　　M17
%

四、結束語

　　在數控車削手工編程中采用宏指令及R參數編程方法，為解決相似零件數控程序的通用性及特殊零件的數控編程問題有很好的借鑒意義。在本例中各個程序中均采用了宏指令及R參數的運算功能，使該數控程序更具邏輯性、靈活性和通用性，特別是在通用性方面，在首個零件加工合格后，對所有的錐齒輪零件的錐面加工，操作者只需輸入幾個R參數的值，無需再調試程序即加工，節省大量的編程時間及調試時間，提高了編程效率，極大地降低了編程差錯率。從我單位30多種錐齒輪零件加工中采用這個通用數控程序比對每種錐齒輪零件單個編程減少了近90%的工作量。