宏程序在平面铣削教学中的应用
宏程序在平面铣削教学中的应用
重庆市科能高级技工学校 淡 弘
摘 要：平面铣削是数控铣实训教学中的一个非常重要的科目，但在编程时，往往采用主程序调用子程序的方法。这种编程方法比较繁琐，学生不易理解，教学效果不甚理想。本文将采用宏程序的编程方法来实现平面铣削，加工程序简短易懂，学生易于接受。
关键词：宏程序 平面铣削
1 平面铣削加工的相关知识
平面铣削是指在水平切削层上创建刀位轨迹, 去除工件表面的材料余量达到某一高度并实现一定表面质量要求的加工。平面铣削的刀具轴线是垂直于切削层平面,是典型的2.5轴加工方式。虽然编程简单,但在整个零件的加工过程中有较为广泛的应用。
（1）平面铣削方法
（a）立铣刀周铣平面 （b）面铣刀端铣平面
图1 平面铣削方法
对平面的铣削加工，存在用立铣刀周铣和面铣刀端铣两种方式，如图1。用面铣刀端铣有如下特点：
1、用端铣的方法铣出的平面，其平面度的好坏主要取决于铣床主轴轴线与进给方向的垂直度。面铣刀加工时，它的轴线垂直于工件的加工表面。
2、端铣用的面铣刀其装夹刚性较好，铣削时振动较小。
3、端铣时，同时工作的刀齿数比较周铣时多，工作较平稳。这时因为端铣时刀齿在铣削层宽度的范围内工作。
4、端铣用面铣刀切削，其刀齿的主、副切削刃同时工作，由主切削刃切去大部分余量，副切削刃则可起到修光作用，铣刀齿刃负荷分配也较合理，铣刀使用寿命较长，且加工表面的表面粗糙度值也比较小。
5、端铣的面铣刀，便于镶装硬质合金刀片进行高速铣削和阶梯铣削，生产效率高，铣削表面质量也比较好。
一般情况下，铣平面时，端铣的生产效率和铣削质量都比周铣高，所以平面铣削应尽量端铣方法。一般大面积的平面铣削使用面铣刀，在小面积平面铣削也可使用立铣刀端铣。
（2）平面铣削的路线设计
①对于小平面零件，面铣刀的直径大于零件平面宽度的，我们可以采用单次面铣的加工路线，这种编程较为简单，这里不做探讨。
②对于大平面零件，面铣刀的直径小于零件平面宽度的，我们可以采用多次面铣的加工路线，由于平面铣刀直径的限制而不能一次切除较大平面区域内的所有材料，因此在同一深度需要多次走刀。
（a）同向多次铣削 （b）双向多次铣削
图2 多次铣削走刀路线
2、宏程序相关知识
（1）宏程序的定义
一组通常以子程序的形式储存并带有变量的程序，称为宏程序。
（2）宏变量的定义
宏变量是指在程序的运行过程中随时可以发生变化的量。变量是程序中数据的临时存放场所。
（3）变量的引用
将跟随在一个地址后的数值用一个变量来代替，即引入了变量。
例：对于F#1，当#1=80时，则表示F80
对于X#2，当#2=120时，则表示X120
对于G#3，当#3=1时，则表示G01
（4）宏程序特点
1）与普通程序相比。普通程序只能描述一个几何形状，缺乏灵活性。而宏程序可以应用变量，通过对变量进行赋值和运算，更加灵活、方便。
2）与子程序相比。虽然子程序对相同、重复加工非常有效，但宏程序允许利用变量运算、逻辑运算和条件转移、循环，使编制相同加工操作的程序更加方便、容易。
3）宏程序更容易实现一些规律变化，如各种规律曲线（公式曲线）。
（5）宏程序的分类
a.A类宏程序，面板上没有有＋、－、×、/等按钮，主要运用H代码表示＋、－、×、÷，如GSK－980TB。编程操作繁琐，现已基本淘汰。
b.B类宏程序，面板上有＋、－、×、/等按钮，可以直接表示＋、－、×、÷，如华中18、21；FANUC－0i等。编程简单，操作方便、直观，是现在广泛使用的宏程序。
3、加工实例
图4
加工如图4所示工件的上表面，区域大小为400×220矩形，加工深度为4，加工完成后保证成品尺寸要求40。
（1）工艺分析
将零件右上角的上表面设为工件坐标系零点。
采用同向多次走刀铣削方式，选择φ80的面铣刀，取主轴转速为800r/min，进给速度300r/min。共铣削4mm深，分层切削，每层加工深度为2mm。刀具起始高度为Z0，最终深度为Z-4。
（2）参考程序
①普通编程
O0001(主程序)
N2 G00G54X-500Y50Z200（建立工件坐标系）
N4 S800M03(打开主轴)
N6 X-445Y-35M08
N8 Z5
N10 M98P1001（加工第一层深度）
N12 G00X-445Y-35
N14 Z5
N16 M98P1002（加工第二层深度）
N18 G00X-500Y50M05（退刀）
N20 M09
N22 M3
O1001（加工第一层深度）
N2 G00Z-2
N4 G01X45F300
N6 G00Z5
N8 X-445Y-110
N10 Z-2
N12 G01X45F300
N14 G00Z5
N16 X-445Y-185
N18 Z-2
N20 G01X45F300
N22 G00Z100
N24 M99
O1002（加工第二层深度）
N2 G00Z-4
N4 G01X45F300
N6 G00Z5
N8 X-445Y-110
N10 Z-4
N12 G01X45F300
N14 G00Z5
N16 X-445Y-185
N18 Z-4
N20 G01X45F300
N22 G00Z200
N24 M99
②宏程序编程
O0001
N2 G00G54X-500Y80Z200（建立工件坐标系）
N4 S800M03(打开主轴)
N6 X-445M08
N8 Z5
N10 #1=-2（定义Z初始值）
N12 G01Z#1F500
N14 #2=-35（定义Y初始值）
N16 G00Y#2（Y向移动一个刀具有效切削直径）
N18 G01X45F100
N20 G00Z5
N22 X-445
N24 Z#1
N26 #2=#2-75（Y向每次递减75）
N28 IF[#2GE-200]GOTO16（判定Y向是否加工完）
N30 #1=#1-2（Z向每次递减2）
N32 IF[#1GE-4]GOTO12（判定Z向是否加工完）
N34 G00Z200M09（加工完成退刀）
N36 X-500Y80M05
N38 M30
通过比较不难发现，宏程序非常的简短明了，在一个程序体内通过程序中2个条件转移语句分别判定了Y向和Z向的加工尺寸。如果Y或Z没有加工到指定位置，那么条件转移将返回指定程序段继续加工，直至加工完成。针对本例中的2个变化的轴（Y和Z），我们定义了1号变量（#1）和2号变量（#2）分别与之对应。变量的引用和条件转移语句的结合，使我们摆脱了普通编程繁琐的加工刀路编辑，只需要编辑一个加工刀路，通过条件转移语句形成循环加工，明显缩短了程序的长度，能明显缩短程序的录入时间，提高工作效率。在教学过程中，明显感觉学生对宏程序编程更易理解。
最后附上本例的双向多刀宏程序，供读者参考。
O0001
N2 G00G54X-500Y80Z200（建立工件坐标系）
N4 S800M03(打开主轴)
N6 X-445
N8 Z5
N10 #1=-2（定义Z初始值）
N12 G01Z#1F500
N14 #2=-35（定义Y初始值）
N16 G00Y#2
N18 G01X45F300(从左至右铣削)
N20 #2=#2-75（Y向每次递减75）
N22 G00Y#2（Y向移动一个刀具有效切削直径）
N24 G01X-445F300(从右至左铣削)
N26 #2=#2-75（Y向每次递减75）
N28 IF[#2GE-200]GOTO16（判定Y向是否加工完）
N30 #1=#1-2（Z向每次递减2）
N32 IF[#1GE-4]GOTO12（判定Z向是否加工完）
N34 G00Z200（加工完成退刀）
N36 X-500Y80M05
N38 M09
N40 M30
参考文献：
[1] 冯志刚 . 数控宏程序编程方法、技巧与实例 . 北京：机械工业出版社 2008年第1版 1页.
[2] 金晶等 . 数控铣床加工工艺与编程操作 . 北京：机械工业出版社 2009年第1版 142～144页.
宏程序在平面铣削教学中的应用.doc
