基于FANUC系统宏程序的典型零件加工.doc
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1、毕 业 论 文论文题目 基于FANUC数控系统宏程序的典型零件加工 系 别 机电工程系 专 业 数控技术 班 级 091 学 号 34 学生姓名 孙杰 指导教师 陈强 完成时间 2011 年 11 月摘要宏程序是对数控系统的一种功能扩展,即在其功能平台上进行开发,开发出来的程序称之为宏程序。宏程序是数控系统中一种具有计算能力和决策能力的数控程序,也可称之为参数化编程。论文首先从数控宏指令的特点、加工零件的范围着手,对用户宏程序B的数学应用基础、变量赋值、运算、循环、转移等功能,及非模态指令G65、G66/G67,G和M代码指令的调用进行说明。然后,基于FANUC数控系统的宏程序,解决自动编程中
2、无法进行参数化编程的难题,编制出可在数控车床上加工的椭圆O8001、双曲线O8002、抛物线O8003三种二次曲线的走刀指令,实现非圆曲线的二次开发。同时,采用FANUC数控系统宏程序对数控铣床上典型工序模型凸台、斜面、以及包含各类二次圆锥曲线的曲面等进行编程及仿真加工,有利于实现程序模块化,并达到较高的效率。最后,应用宏程序对椭圆手柄、平行四边形框点式孔群两种典型零件进行编程和仿真加工,验证宏程序加工的特点。用户宏程序B可以使用数学函数进行参数编程,实现编程的参数化,无需进行大量繁琐的计算。其次,它还具有通用性,参数易于修改、程序可循环使用等特点。在相似的工序中,修改相关参数即可实现宏程序多
3、次使用。关键词: 宏程序 参数化 自动编程Based On FANUC Macro Program For The Typical CNC MachiningAbstractMacroprogram is a kind of function expansion to the CNC system, namely, we can develop on its function platform ,we call the program what is developed out as the macroprogram. Macroprogram is a kind of CNC program
4、 which keeps the calculating power and decision power, also called nc parametric programming. Firstly, the essay begins with the feature of CNC macro instrucion and the scope of processing pieces, explaining the function of mathematical application basis user macroprogram B, variable assignment, ope
5、ration circle, shift and transferring the non-modal order G65,G66G67,the code order of G and M. Secondly, it bases on the macroprogram of FANUC CNC system, solving the problem of unable parameterization programming during automatic programming, compiling out the knife order of the oval 08001, hyperb
6、olic cure 08002, parabolic curve 08003 three kinds quadratic curve which can work on the NCN lathe, and realized secondary development of the non-circular curve. At the same time, we can use the FANUC CNC system macroprogram to compile and process the typical production model boss, obliquity, and th
7、e curved surface of all kinds off secondary cone curve on the CNC lathe. It is beneficial to realize the program modeling and achieve higher efficiency. Finally, we can apply macroprogram to compile and process on the two typical parts of oval rein and orifice parallelogram. We also can check the wo
8、rking feature of marcoprogram.We use the mathematical function to make a parameteic program to the user marcoprogram and realize the parameterization programming. It is unnecessary to carry on so hitty-gritty calculation.Secondly, it also has the feature of generality, the parameter is easy to be re
9、vised and program can cyclic utilization. On the same production, we can realize macroprogram multiple use when we revise the related parameter.Key word: macro program Parametric Automatic programming目录第一章 绪论11.1宏程序的定义11.2 宏程序的发展现状11.3宏程序的编程特点21.4适用宏程序加工的内容31.5宏程序与普通编程的比较4第二章宏程序数学基础应用5第三章用户宏程序转移和循环9
10、3.1变量93.2算术与逻辑运算113.3 转移与循环13第四章 宏程序功能174.1 用户宏程序A174.2用户宏指令B184.3 宏程序语句的处理以及使用限制23第五章 宏程序在数控车/铣床的应用245.1 数控车床非圆二次曲线的走刀宏程序245.2 数控铣床单一工序宏程序模块化编程255.3 小结39第六章FANUC车床宏程序的典型零件加工实例一406.1加工方案选择及确定406.2椭圆手柄工艺分析416.3椭圆手柄宏程序编程加工446.4 MasterCAM软件自动编程486.5宏程序加工的实体模型分析52第七章FANUC铣床宏程序的典型零件加工实例二547.1平行四边形框式点阵孔群零
11、件图547.2平行四边形框点式孔群零件工艺分析567.3编程567.4仿真加工图587.5本章小结59第八章 结论60参考文献61附录62致谢63第一章 绪论1.1宏程序的含义 一般意义而言,数控指令是指ISO代码指令编程,即每一指令的功能是固定的,由系统厂家生产,使用者只需且只能按照机床的控制规定编程即可。但有时这些指令满足不了用户的需求,系统因此提供了用户宏程序平台,用户可以对数控系统进行一定的功能扩展,即在数控系统宏程序功能的平台上进行开发,其开发出来的程序就是宏程序。宏程序是数控系统中一种具有计算能力和决策能力的数控程序,简单而言,即采用参数化编程就称之为宏程序。1.2 宏程序的发展现
12、状随着数控机床的普及和数控技术的推广,我国也被誉为“世界工厂”、“制造大国,我国制造工业飞速发展的同时,与世界制造先进水平的差距在不断缩小,而作为现代制造技术的灵魂及核心,数控加工技术也得到了广泛的应用,各类CAD/CAM软件的应用日趋普及,特别是在数控三维曲面加工中手工编程几乎已无用武之地然而强大的思维定式和使用习惯,使得编程人员不论程序大小、加工难易都习惯使用CAD/CAM软件来编程,手工编程似乎被遗忘了,而在学习手工编程时只是简单地学习基本的编程指令。在国外,特别是日本,日本的机械行业的自动化、智能化、数控化程度不在我国之下,CAD/CAM软件也非常流行、普遍,但日本并没有因此而忽略和削
13、弱对编程能力的基本功要求,因此在企业的生中,手工编程依然存在。宏程序作为一个数控机床厂为满足用户进行二次开发编程使用平台,也是手工编程的核心,我国的数控技术是在2000年以后才得到广泛的推广与使用,并且在我国有相当一部分数控机床是通过普通机床改造而得到,机床的数控系统绝大多数是低级的版本,并且数控技术早期发展时厂家也仅仅是研发了用户宏程序A(详见第四章),用户宏程序A代码定义不明显,编辑用户宏程序A困难,而且无法使用运算符,这使得用户对用户宏程序A产生厌恶的感觉。随着技术的发展,数控机床的厂家也对宏程序编程的平台进行了升级与提高,在推出用户宏程序B之时已经无人问津了,原因很简单:一是上述所说的
14、用户宏程序A不完善,让用户产生厌恶的感觉;二是宏程序的编程需要一定的汇编语言以及数学模型基础,而一般编程仅学习普通固定循环指令,且没有学习汇编语言;三是我国对宏程序研究相对很少,同时数控设备公司对技术的封锁。以上原因均影响了宏程序在我国的应用与发展。1.3宏程序的编程特点宏程序编程虽然比普通的编程难掌握很多,但是在企业生产中却有着较多的应用,特别是有些特殊曲面的零件只能用宏程序或自动编程来处理。宏程序编程主要有以下方面的特点。1.3.1 高效数控加工中常遇到数量少,品种多,有规则几何形状的零件,在编程时只要稍加分析和总结,找出它们之间的共同点,把这些共同点设为变量应用到程序中,编出一个宏程序,
15、通过改变其中的赋值,就可以进行零件加工,有效节省编程时间,而且在运用时准确性也得到提高。如果使用CAD/CAM自动编程软件,对于此类零件需要重新绘制图形,设置走刀路线,实体切削验证,执行后处理以及向机床传输程序后才可以进行加工。此外宏程序短小,执行效率高。即加工一个零件仅仅节省1s,成千上万的相同零件合计起来节省的时间也就非常可观了。1.3.2经济在实际生产中,经常会出现许多结构相似,但品种多,数量少的零件,这些零件在某些特征上变化不定,按常规加工方法,往往需要用成型刀具加工。但是零件品种多,所以成型刀具数量很多,定做一把成型铣刀要比普通的铣刀费用高出23倍。为了降低加工成本,采用宏程序编程,
16、就可以解决此类问题。同时许多在实际加工中必须依靠球头铣刀加工的零件,采用宏程序编程,只需要平底铣刀就可以解决。1.3.3加工质量好如果比较宏程序与软件编程,对于软件编程而言,通常编制的曲面加工程序的容量比较大,而常用的数控系统的标准配置一般为128KB或是256KB(机械工程训练中心的机床是512KB),当程序的大小超出机床的存储容量时,用户就要考虑在线加工了。在线加工时,会出现程序的传输速率跟不上机床的节拍,原因是常见的数控系统(如GSK980TDa)所支持的RS232接口最大传输波特率为19200 bit/s。当计算机精度较高、进给速度值比较大时,在实际加工中就可以看到机床的进给运动有明显
17、的断续、迟滞。使用宏程序编程时,即使是复杂的数控加工程序,其篇幅也是精简。通常一个正常合理优化的宏程序,一般不会超过60行,换算成字节,最多不超过2KB,根本不用在线加工,也就没有加工断续的现象。从用户使用宏程序角度讲,使用CAD/CAM软件来生成刀具轨迹及加工程序是非常容易的。但是剖析CAD/CAM软件计算刀具轨迹的原理,就知道存在一定的弊端。在CAD/CAM自动编程软件中,无论构造规则或不规则曲面,都有一个数学运算过程,也必然存在计算的误差和处理,而在对其生产三维加工刀具轨迹时,软件是根据操作者所选择的加工方式,设定加工参数,并结合设定的加工误差,使刀具与加工表面的接触逐点移动完成加工。从
18、本质上看,其实是在允许的误差值范围内沿每条路径用直线去逼近曲面的过程。使用宏程序时,为了对复杂的加工运动进行描述,变量编程,比如会最大限度地使用数控系统内部的各种指令(如G01、G02/G03等),因此机床在执行宏程序编程时,数控系统的工业计算机可以直接进行插补运算,且运算速度极快,在加工伺服电动机和机床的迅速响应下,使得加工效率很高,加工质量更好。1.4适用于宏程序加工的内容1.4.1 加工工艺的优化机械零件绝大多数都是批量生产,在保证质量的前提下,要求最大限度提高加工效率,以降低生产成本,同时零件批量生产的几何尺寸精度和形状位置精度都要保证高度的一致性。加工工艺的优化主要是数控加工程序的优
19、化,要求操作者非常方便、快速地调整生产过程的加工参数(如刀具尺寸、刀具补偿值、层降、步距、计算精度等),宏程序在这方面有强大的优越性。使用宏程序编程加工时,操作者根本不需触动程序本身,只需针对各项加工参数所对应的自变量赋值做出个别调整,就能调整到最优化的状态。1.4.2 保证几何参数曲面的加工机械零件的形状主要是各种凸台、凹槽、圆孔、斜平面、回转面等组合体。构成其几何因素无外乎点、直线、圆弧、各种二次圆锥曲线(椭圆、抛物线、双曲线)等,这些都是基于三角函数、解析几何的数学应用。上述的直线或曲线在数学上均可以用三角函数表达式、解析方程式以及参数方程加以表达。因此宏程序有广泛的应用空间,能发挥较强
20、的作用。1.4.3 特殊螺纹的加工机械零件还有一些很特殊的应用,如变螺距螺纹加工,运用宏程序切削变螺距螺纹,在循环中只需要每转动一圈,对螺距进行递增(递减)一定量,这样就可以实现加工过程中螺距的变化。1.5宏程序与普通编程的比较宏程序与普通编程存在一定的区别,如表1-1。表1-1宏程序与普通编程的简要对比宏程序普通编程可以使用变量,并给变量赋值只能使用常量变量之间可以运算常量之间不能运算程序可以跳转程序只能顺序执行,不能跳转从上述表中可以看出,宏程序与普通编程之间的差别。第二章 宏程序数学基础应用宏程序的应用离不开相关的数学知识,尤其是中学的基础知识,其中三角函数、解析几何是最重要、最直接的数
21、学基础,要编制出精简的加工用宏程序。一方面要求编程者具有相应的工艺知识和经验,即确定合理的刀具、走刀路线(或走刀方式),另一方面也要求编程者具有相应的数学知识,即如何将上述的意图通过逻辑严密的数学语言,配合标准的格式语句加以表达出来这是手段。在宏程序编程应用中,充分了解曲线的标准方程和参数方程的转换,非圆曲线采用的编程均是参数编程,因此本论文使用图形、表格的形式简单总结以下三种常用曲线的标准方程及参数方程。二次曲线的定义是:从动点P到定点F的距离PF到定直线的距离PF之比为定值,叫离心率,即PF:PH=。如果小于1,则动点P的轨迹为椭圆;如果等于1,则动点P的轨迹为抛物线,如果1,则动点P的轨
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