gsk980td數(shù)控車非圓曲線的加工(宏程序與G50的完美應(yīng)用).doc

2009年全國技工教育和職業(yè)培訓(xùn) 優(yōu)秀教研成果評選活動參評論文數(shù)控車宏指令的使用 數(shù)控車宏指令的使用摘要：數(shù)控車床系統(tǒng)，特別是中檔數(shù)控車床系統(tǒng)使用宏指令編程，不太好用，因為宏指令有A類和B類，高檔的數(shù)控車床系統(tǒng)多數(shù)用B類，中檔的數(shù)控車床系統(tǒng)多數(shù)用A類，如廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK980TD，A類宏指令不直觀，難于理解，計算功能不全。本文作者還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)數(shù)控車床系統(tǒng)A、B類宏指令使用較為祥細介紹的書籍和文章。本文作者通過對宏指令的研究，發(fā)現(xiàn)使用宏指令編寫宏程序是有一定的規(guī)律，和其他電腦高級語言（如C語言）相近，不是初學(xué)者想象的那么復(fù)雜。關(guān)鍵詞：GSK980TD數(shù)控車系統(tǒng)宏程序非圓曲線程序前言：數(shù)控車床在日常生產(chǎn)中編程通常使用循環(huán)指令進行粗加工，因為當(dāng)今的數(shù)控車系統(tǒng)有豐富的粗加工循環(huán)指令可供使用。精加工程序是用基本指令（G01G03）把輪廓基點有序連接起來的。當(dāng)今的數(shù)控車系統(tǒng)(特別是中、低檔數(shù)控系統(tǒng))很少有專門的非圓曲線精加工指令，這樣一來非圓曲線精加工只能用宏指令編寫精加工程序。加工一些非圓曲線如隨圓、拋物線，粗加工可以用CAD軟件把精加工輪廓等距求出粗加工輪廓，用循環(huán)指令編寫粗加工程序。精加工程序可以用直線或圓弧去擬合精加工輪廓，如果輪廓精度要求較高時，擬合直線或圓弧長度可能只有幾個或十幾個微米（0.001mm），這樣編寫的精加工程序就可能成千上萬段，在日常生產(chǎn)中不切合實際，因為：首先編寫精加工程序時工作量非常大，易出錯。其次程序輸入數(shù)控車操作系統(tǒng)時容易出錯，在工廠很少人用電腦傳送程序或DNC（邊傳送邊加工）加工。把由一組指令實現(xiàn)的某種功能象子程序一樣事先存入存儲器中，用一個命令代表這些功能。程序中只要寫出該代表命令，就能實現(xiàn)這些功能。把這一組命令稱為用戶宏程序本體，把代表命令稱為“用戶宏命令”。用戶宏程序本體有時也簡稱宏程序。宏程序可以作為子程序被調(diào)用，如數(shù)控銑床鉆孔、數(shù)控車床切槽。也可以作為精加工主程序使用，如加工非圓曲線。中檔數(shù)控車床系統(tǒng)為用戶配備了強有力的類似于電腦高級語言的宏指令功能，在編寫宏程序時用戶可以使用變量進行賦值、算術(shù)運算、邏輯判斷及條件轉(zhuǎn)移，利于編制各種復(fù)雜的零件加工程序，減少甚至免除了手工編程時進行繁瑣的數(shù)值計算，精簡了用戶程序。宏程序最大的優(yōu)點在于宏程序的本體中能使用變量，并且變量間可以賦值和運算，系統(tǒng)算點要比人工算點和CAD軟件算點精確很多。廣州數(shù)控設(shè)備廠開發(fā)的GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)使用的宏指令屬于A類。宏程序主要由宏變量和運算、轉(zhuǎn)移命令組成，宏程序可以單獨作為主程序也可作為子程序被調(diào)用。一、 宏變量（1）變量的使用方法變量可以指令用戶宏程序本體中的地址值。變量值可以在同一個宏程序中賦值或直接用鍵盤設(shè)定，或者在執(zhí)行用戶宏程序本體時，賦給計算出的值?？墒褂枚鄠€變量，這些變量用變量號來區(qū)別。不同的數(shù)控系統(tǒng)的變量號是不相同的。1）變量的表示用#變量號來表示，格式如下：# i（i=200，202，203，208）（例）#205，#209，#10052）變量的引用用變量可以置換地址后的數(shù)值。如果程序中有 “地址# i” 或者“ 地址-# I”，則表示把變量的值或者把變量的值的負值作為地址值。（例）F#203當(dāng)#203=15時，與F15指令是同樣的。Z-#210當(dāng)#210=250時，與Z-250是同樣的。用變量置換變量號時，不用#200描述，而寫為#9200，也就是#后面的“9”表示置換變量號。下面的三行是置換變量號的實例。（例）#200 = 205時，#205 = 500時X#9200和X500指令是同樣的X-#9200和X-500指令是同樣的（2）變量的種類根據(jù)變量號的不同，變量分為：公用(共)變量、系統(tǒng)變量、局部變量，它們的用途和性質(zhì)是不同的。1） 公用變量#200#231公用(共)變量在主程序以及由主程序調(diào)用的子程序中通用的變量。即某一用戶宏程序中使用的變量# i和其它宏程序使用的# i是相同的。因此，某一宏程序中運算結(jié)果的公用變量 # i可以用于其他宏程序中。公用變量的用途，系統(tǒng)中不規(guī)定，用戶可以自由使用。GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)的公用變量是#200#231和#500#515，所有變量的值是掉電保護的。2）系統(tǒng)變量系統(tǒng)變量是根據(jù)用途不同而被固定的變量，由廠家開發(fā)定義的。不同的系統(tǒng)系統(tǒng)變量號是不相同。GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)的接口輸入系統(tǒng)變量是#1000#1015和接口輸出#1100#1105，系統(tǒng)變量接口輸入輸出信號與其他功能接口信號共用同一接口，通過參數(shù)設(shè)定那一信號接口有效，只有在相對應(yīng)接口信號的功能無效時，系統(tǒng)變量接口輸入信號才有效。3）局部變量局部變量是在用戶宏中局部使用的變量。即在某一時刻調(diào)用的用戶宏中所使用的局部變量#i和另一時刻調(diào)用的用戶宏(不管與前一個用戶宏相同還是不同)中所使用的#i是不同的。因此，在多重調(diào)用時，當(dāng)在用戶宏A中調(diào)用用戶宏B中主變量時，并不會將A中的變量破壞。GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)無局部變量。二、宏指令G65一般指令格式：G65 Hm P# i Q# j R# k；其中：m：表示運算命令或轉(zhuǎn)移命令功能，數(shù)值范圍0199。# i：運算結(jié)果存放變量名。# j：進行運算的變量名1，也可以是常數(shù)。# k：進行運算的變量名2，也可以是常數(shù)。指令意義：# i = #j O # k運算符號，由Hm指定本指令為非模態(tài)指令。（例）P#200 Q#201 R#202#200 = #201 O #202；P#200 Q#201 R15#200 = #201 O 15；P#200 Q-100 R#202#200 = -100 O #202；三、宏指令說明：1、變量值不帶小數(shù)點，單位為0.001mm，如指定度時單位為0.001，（例） 若#100 = 10，則X#100=0.01毫米（毫米輸入時）2、變量直接用常數(shù)表示時不帶“#”。3、在各運算中，變量值只取整數(shù)，運算結(jié)果出現(xiàn)小數(shù)點時舍掉，變量值單位為0.001mm或0.0014、變量值在-232+232-1的范圍內(nèi)，但只能正確顯示-99999999999999，超過上述范圍時，顯示*。四、宏指令表 (以GSK980TD系統(tǒng)為例)G代碼H代碼功能定義G65H01賦值# i = # jG65H02加算# i = # j + # kG65H03減算# i = # j - # kG65H04乘算# i = # j# kG65H05除算# i = # j# kG65H11邏輯加（或）# i = # j OR # kG65H12邏輯乘（與）# i = # j AND # kG65H13異或# i = # j XOR # kG65H21平方根# i = G65H22絕對值# i = |# j |G65H23取余數(shù)# i = # j -trunc(#j# k)kG65H24十進制變?yōu)槎M制# i = BIN(# j )G65H24二進制變?yōu)槭M制# i = BCD(# j )G65H25復(fù)合乘除運算# i = # i# j# kG65H26復(fù)合平方根# i = G65H31正弦# i = # jSIN(# k)G65H32余弦# i = # jCOS(# k)G65H33正切# i = # jTAN(# k)G65H34反正切# i = ATAN(# j / # k)G65H80無條件轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)向NG65H81條件轉(zhuǎn)移1IF# j = # k，GOTONG65H82條件轉(zhuǎn)移2IF# j # k，GOTONG65H83條件轉(zhuǎn)移3IF# j # k，GOTONG65H84條件轉(zhuǎn)移4IF# j # k，GOTONG65H85條件轉(zhuǎn)移5IF# j # k，GOTONG65H86條件轉(zhuǎn)移6IF# j # k，GOTONG65H99產(chǎn)生P/S報警產(chǎn)生500+N 號P/S報警不同的數(shù)控系統(tǒng)宏指令功能不完全相同例如：1） 變量的賦值：# I = # JG65 H01 P#I Q#J（例）G65 H01 P# 201 Q1005； （#201 = 1005）G65 H01 P#201 Q#210； （#201 = #210）G65 H01 P#201 Q-#202； （#201 = -#202）2）加法運算：# I = # J+# KG65 H02 P#I Q#J R#K（例）G65 H02 P#201 Q#202 R15； （#201 = #202+15）五、宏指令的應(yīng)用：在數(shù)控車床系統(tǒng)的宏指令主要用在非圓曲線（如橢圓和公式曲線加工上，也可以用在一些特殊場合如自動送料，變距螺紋斜進刀的計算上等。）1）凸橢圓加工在數(shù)控車床加工橢圓多數(shù)采用極坐標(biāo)方程式，當(dāng)然也可以采用標(biāo)準方程式。用宏指令編程關(guān)鍵是：一、確定變量建立方程式，二、變量取值范圍，三、坐標(biāo)點轉(zhuǎn)換。確定變量建立方程式以編程簡單為依據(jù)，如橢圓加工多數(shù)采用參數(shù)方程式，假設(shè)編程零點和橢圓中心重合時橢圓的方程式如下：Z= acosX= 2bsin其中a為橢圓長軸（Z軸向），b為橢圓短半軸（X軸向），為橢圓的圓心角，在數(shù)控車床上編程為直徑編程，所以X應(yīng)直徑值，變量為橢圓圓心角。橢圓起始角不是CAB而是把BC延長至以橢圓中心為圓心長軸為直徑的圓上，DAB才是橢圓的起始角(如圖3)，也可通過公式計算出來。橢圓起始角1=arccos橢圓在起點象限Z軸的投影長度/橢圓長半軸長度1=arcos(29.814/2)/20 = arcos0.74535 41.811和圖3標(biāo)注相近，橢圓終止角也可用上述公式計算出來，但必須注意終止角是鈍角。2=180 -arcos(29.814/2)/20 180 -41.811 =138.189 也可以用短半軸的數(shù)值計算出來：橢圓起始角1=arcsin橢圓在起點象限X軸的投影長度/橢圓短半軸長度1=arcsin10/15=41.810 用手工計算和電腦繪圖兩種方法得出的結(jié)果相近，主要原因是橢圓方程式是近似方程式，讀者可以根據(jù)個人習(xí)慣和已知條件算出橢圓的起、終角。用宏指令編寫的非圓曲線加工程序，實際上是用直線段去逼近精加工輪廓。宏程序可以方便的計算出逼近輪廓的節(jié)點。還可以改變步距角或增量值來修整表面粗糙度。步距角或增量值越小表面粗糙度值越小。如用宏指令編寫圖1精加工程序。材料為鋁合金，實物為圖2。圖1圖2用CAD軟件轉(zhuǎn)變圖紙尺寸如圖3所示。圖3O13N10M03 S800N20T0101 M08N30G98N40G0 X21 Z2N50G50 U-15N60M98 P30012N70G0 X50 Z50N80M30O12N05G50 U5N10M03 S1600主軸高速啟動1600rad/minN20M08 T0101開冷卻液1#號刀轉(zhuǎn)到切削位置執(zhí)行1#刀補N30G00 X20 Z3快速接近工件N40G01 Z-10.093F150車外圓至橢圓起點N80G65 H1 P#201 Q41811起始角41.811度N100G65 H2 P#201 Q#201 R200i=(i-1)+0.2N110G65 H84 P130 Q#201 R138191起始角小于終止角時執(zhí)行N130N120G65 H1 P#201 Q138191把終止角賦值給起始角N130G65 H31 P#204 Q30000 R#201X=30sinN140G65 H32 P#205 Q20000 R#201Zi=20cosN150G65 H1 P#206 Q#204N160G65 H3 P#207 Q#205 R25000Z坐標(biāo)轉(zhuǎn)換N170G01X#206 Z#207 F300刀具進給加工N180G65 H84 P100 Q#201 R138191終點判別，如果起始角小于終止角執(zhí)行N100N190G01 Z-48 F150車外圓N200 X33 車端面N200G00 X120 Z60返回起始點關(guān)冷卻液N220M99程序結(jié)束寫宏程序時終點判別是非常必要的，是不可缺少的，如O12程序的N110、N180由于終止角大于起始角，所以終點判別是小于終止角時刀具進給加工一次，為了能夠準確的到達F點特別按排了N120程序段，因為在計算第i步的圓心角可能超過終止角一個步距角0.2度，有了N180程序段時每次都非常準確的到達F點(20,-39.907)，讀者可以在N180后加一段M00進行驗證。2）凹橢圓加工用宏指令編寫圖4精加工程序。材料為鋁合金，實物為圖6。 圖4用CAD軟件轉(zhuǎn)變圖紙尺寸如圖5。圖5N10M03 S1600主軸高速啟動1600rad/minN20M08 T0101開冷卻液1#號刀轉(zhuǎn)到切削位置執(zhí)行1#刀補N30G00 X15.086 Z3快速接近工件N40G01 Z0 F150切削端面至橢圓起點 N80G65 H1 P#201 Q74534起始角74.534度N100G65 H2 P#201 Q#201 R200i=(i-1)+0.2N110G65 H84 P130 Q#201 R147768起始角小于終止角時執(zhí)行N130N120G65 H1 P#201 Q147768把終止角賦值給起始角N130G65 H31 P#204 Q15000 R#201X=15sinN140G65 H32 P#205 Q30000 R#201Zi=30cosN150G65 H4 P#206 Q#204 R20002XN160G65 H3 P#207 Q#205 R8000Z坐標(biāo)轉(zhuǎn)換N170G65 H2 P#206 Q#206 R44000X坐標(biāo)轉(zhuǎn)換N180G01X-#206 Z#207 F200刀具進給加工N190G65 H84 P100 Q#201 R147768終點判別，如果起始角小于終止角執(zhí)行N100N200G01 Z-43 F150車外圓N210 X32 車端面N220G00 X120 Z60返回起始點N240M30程序結(jié)束圖6精加工程序如下：3)加工公式曲線編寫圖7Z=-X2/5的精加工程序。圖7圖8以Z為變量的精加工程序：O15N10M03 S1100主軸高速啟動1100rad/minN20M08 T0101開冷卻液1#號刀轉(zhuǎn)到切削位置執(zhí)行1#刀補N30G00 X20.183 Z3快速接近工件N40G01Z0 F100切削到端面N60G65 H3 P#200 Q23800 R200Zi=Z-0.2N70G65 H4 P#201 Q#200 R50005ZiN80G65 H21 P#202 Q#201Xi=N90G65 H4 P#203 Q#202 R20002XiN100G65 H3 P#204 Q42000 R#203X轉(zhuǎn)換N110G65 H3 P#205 Q23800 R#200Z轉(zhuǎn)換N120G01 X#204 Z-#205 F200刀具進給加工N130G65 H84 P60 Q#204 R42000終點判別，如果X42mm執(zhí)行N60N140G01 X48 F100車端面N150G00 X120 Z60 M09返回起始點關(guān)冷卻液N160M05 T0100關(guān)主軸取消1#刀補N170M30程序結(jié)束以X為變量的精加工程序：O16N10M03 S1主軸高速啟動1100rad/minN20M08 T0101開冷卻液1#號刀轉(zhuǎn)到切削位置執(zhí)行1#刀補N30G00 X20.183 Z3快速接近工件N40G01 Z0 F150切削到端面N50G65 H1 P#200 Q10909X賦值N60G65 H2 P#200 Q#200 R-200Xi=X-0.2N70G65 H4 P#202 Q#200 R#200XiN80G65 H5 P#203 Q#202 R-5000-Xi/5N90G65 H4 P#204 Q#200 R20002XiN100G65 H3 P#205 Q42000 R#204X坐標(biāo)轉(zhuǎn)換N110G65 H3 P#207 Q23800 R#203Z坐標(biāo)轉(zhuǎn)換N160G01 X#205 Z#207 F200刀具進給加工N170G65 H86 P60 Q#205 R42000終點判別，如果X42mm執(zhí)行N60N180G01 X48 F150車端面N200G00 X120 Z60 M09返回起始點關(guān)冷卻液N210M05 T0100關(guān)主軸取消1#刀補N220M30程序結(jié)束對于公式曲線以X或Z為變量都可以，讀者可以根據(jù)個人習(xí)慣自行設(shè)定變量。4)加工變距螺紋 斜進刀加工梯形變距螺紋公稱直徑40起始螺距為4遞增0.3長115刀尖角為30圖9O17N10M03 S2主軸高速啟動550rad/minN20M08 T0101開冷卻液1#號刀轉(zhuǎn)到切削位置執(zhí)行1#刀補N30G0 X50 Z7.1快速定位接近工件N40G65 H01 P#200 Q0 X向進刀量，初始值為0N50G65 H01 P#207 Q0 Z向偏移量，初始值為0N60G65 H01 P#202 Q400X向每次進刀量定義為0.4mmN70G65 H01 P#208 Q4000X向切削深度定義為4mmN80G65 H01 P#209 Q50000X向螺紋切削起點定義為50mmN90G65 H01 P#210 Q10000X向起點定位- 螺紋外徑 = 50-40=10mmN100G65 H01 P#203 Q15000 刀尖角度的一半等于15度N110G65 H01 P#206 Q5000 Z向螺紋切削起點，初始值定義為5m