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“R”参数编程在数控铣削加中的运用工序 2007-6-22 11:55:00 来源：中国自动化网 浏览：372 网友评论 0条 点击查看 数控机床是先进制造技术的基础设备，是典型的机电一体化产品。掌握数控编程技术是充分利用好这类装备关键，也是我们提高数控铣削工程训练教学水平的重要标志。 关键词 数控机床 数控铣削加工 数控编程 “R”参数编程 “数控铣削技术训练”是我中心新近开设的一门理论性较强的工程训练科目。在教学形式上，它不同于过去传统的、机械的“金工实习”。其训练目的是：了解当今先进的机械制造方法，充分发挥当今大学生知识新、反应快、创造力强的特点，结合具体的实践教学，广泛培养学生的动手能力、综合应用能力和创新能力。 由于受客观条件和教学时间的限制，自动编程（计算机编程）在目前各高校的工程训练中还未被普及，为了了解编程的基本原理及方法，手工编程仍为最常用的基本训练内容之一。 对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用手工编程较容易完成，因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用一般的手工编程就有一定的困难，且出错机率大，有的甚至无法编出程序。而采用“R”参数编程则可很好地解决这一问题。 非圆曲线轮廓零件的种类很多，但不管是哪一种类型的非圆曲线零件，编程时所做的数学处理是相同的。一是选择插补方式，即首先应决定是采用直线段逼近非圆曲线，还是采用圆弧段逼近非圆曲线；二是插补节点坐标计算。采用直线段逼近零件轮廓曲线，一般数学处理较简单，但计算的坐标数据较多。 等间距法是使一坐标的增量相等，然后求出曲线上相应的节点，将相邻节点连成直线，用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线（见图 1 ）。其特点是计算简单，坐标增量的选取可大可小，选得越小则加工精度越高，同时节点会增多，相应的编程费也将增加，而采用“R”参数编程正好可以弥补这一缺点。现今数控铣床一般都具备“R”参数编程功能，如西门子802D数控系统，这给手工编写某些复杂图形的程序带来了方便。如图 2、3 所示，当要加工一个周期的正弦线时，通常的方法是采用自动编程，若用手工编程，则可用“R”参数编程较简单。曲线上坐标点选取的多少，可视加工精度而定。 “R”参数编程的实质，就是用变量“R”编写出“子程序”，并根据“R”数值的条件，多次调用“子程序”，以简化编程。如：用变量R1表示上图中从0到2各点弧度值；用 X=100*R1/2，Y=25*SIN（R1）表示一个子程序，若要在正弦线上选取1000个坐标点，只可将子程序调用1000次即可。合理的选用“R”参数编程，可以提高某些零件的加工精度（多选节点）和编程效率，它也是手工编制复杂零件程序的主要方法之一，在不具备计算机自动编程的情况下一般常采用这种办法。编程举例：（西门子802D系统）试用“R”参数编程的方法编制整圆的程序（如图4 ）。分析：若不用圆弧插补，可将圆均分成360份，再用直线插补连接。变量R1=50表示半径，R2=360表示共分了360份，R3=1表示间隔1份，R4=0表示初始角度。 程序如下： O0001 N10 G54 G42 G90 G00 X50 Y0 Z100 N20 G01 F20 S600 M03 Z-10 N30 R1=50 R2=360 R3=1 R4=0 N40 AA：X=R1*COS（R4） Y=R1*SIN（R4） N50 R4=R4+1 R2=R2-R3 N60 IF R20 GOTOB AA N70 G00 Z50 N80 G40 M2 注解：程序中，N30程序段为条件设定；N40程序段即为程序名为AA的子程序；N50 中R4、R3是参数变量，每调用一次，R4将增加1度，R2减少1份；N60中 IF为有条件的，GOTOB 表示向前跳转，就是只有当R2大于等于零时才向前跳转到子程序AA处。以上程序可以看出，用“R”参数编程，不管选取的节点是多少，其程序段不会增加，这就是“R”参数编程的主要特点。 “R”参数编程千变万化，掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律，灵活地运用好变量“R”，结合其他科目知识，开发自己的思维空间，这一点也是被实践教学所证实的。“R”参数编程对大学生有着较强的吸引力，它是展示自己数控编程技巧的体现。例如，我校化工学院2002级封振宇同学在一天半的数控铣削加工训练中，就是充分利用了“R”参数编程功能，设计、编制、加工了如图 5 的工件，得到了各方面的好评。编程思路：图中的三个风帆用了“R”参数编程，它们水平方向的间隔为30毫米，高度两端相同，中间一个高10毫米。由于三个风帆大小相同，因此，X方向的数值用实际值加R1表示，Y方向的数值也要再加上一个R6。参数条件：R1=0；R1=R1+30；R5=90*R3； R3=0；R3=R3+1；R6=10*SIN（R5）。即加工第一个风帆时，R1、R6都为0，加工第二个风帆时则R1变为30+0，R6为10*SIN（90）。最后R33为跳转的条件，即共跳转两次。主要程序： - N80 R1=0 R2=30 R3=0 R4=10 N90 AAA： R5=90*R3 N100 R6=R4*SIN（R5） N110 X=35+R1 Y0 N120 G01 Z-1 N130 Y=15+R6 N140 X=17+R1 N150 G02 X=28.5+R1 Y=60+R6 CR=40 N160 G01 X39+R1 Y60+R6 N170 G03 X=X41+R1 Y=15+R6 CR=38 N180 G01 X=35+R1 Y=15+R6 N190 G00 Z20 N200 R1=R1+R2 R3=R3+1 N210 IF R33 GOTOB AAA N220 G00 Z50 M2 单从图形上看，封振宇同学的设计并不复杂，但其精华之处就在于合理运用了“R”参数编程，并通过正弦线的最大值、最小值使风帆高度有所变化。即使增加风帆数量，程序段的总量也没有任何变化。例如：要将风帆改为10个，只需将程序中R33改为R3=0 GOTOB ABC N150 G0 Z50 M2 三轴联动的“R”参数编程一般的模具加工多为三维立体加工，掌握好参数变量“R”的规律，同样可进行“R”参数编程，实际上，在原两维平面加工的基础上再加上垂向的变量“R”，即可实现三维立体加工。应值得注意的是，垂向变量垂的取值大小将影响平面尺寸，所以必须精心计算。如图7 所示：已知高60（R1=60），宽40，上底与下底单面差（100-80）/2=10。分析：取R3=1000（1000份）；X方向每次单边缩小R2=10/1000，开始点的单边缩小量为R4=0，垂向每次提高R5=60/1000，开始点的提高量是R6=0。主要程序： - N100 R1=60 R2=10/1000 R3=1000 R4=0 R5=60/1000 R6=0 N110 XYZ：Z=R6 N115 X=R4 Y0 N120 X=100-R4 N130 Y40 N140 X=R4 N150 Y0 N160 R6=R6+R5 R4=R4+R2 N170 IF R6=0 GOTOB AAA G0 Z10 M17 子程序L2代码如下:R1=35 R2=15 R3=0 G0 X=R1+R10 Y=R11 G1 Z-5 F100 AAA: R4=R1*COS(R3)+R10 R5=R2*SIN(R3)+R11 G1 X=R4 Y=R5 F100 R3=R3+1 IF R3=360 GOTOB AAA G0 Z5 M17六 子程序1.应用 原则上讲主程序和子程序之间并没有区别。 用子程序编写经常重复进行的加工，比如某一确定的轮廓形状。子程序位于主程序的一种型式就是加工循环，加工循环包含一般通用的加工工序，诸如螺纹切削，柸料切削加工等等。通过给规定的计算参数赋值就可以实现各种具体的加工。 2.结构 子程序的结构与主程序的结构一样，在子程序中也式最后一个程序段中用M2结束子程序运行运行。子程序结束后返回主程序。 3.程序结束 除了用M2指令外，还可以用RET指令结束子程序。 RET要求占用一个独立的程序段。 用RET指令结束子程序、返回主程序时不会中断G64连续路径运行方式，用M2指令则会中断G64运行方式，并进入停止状态。4.子程序程序名 为了方便地选择某一子程序，必须给子程序取一个程序名。程序名可以自由选取，但必须符合以下规定： 开始两个符号必须时字母 其它符号为字母，数字或下划线 最多8个字符 没有分隔符 其方法与主程序中程序名的选取方法一样。 5.子程序调用 在一个程序中（主程序或子程序）可以直接用程序名调用子程序。子程序调用要求占用一个独立的程序段。 举例： N10 L785 P3 ；调用子程序L785N20 WELLE7 ；调用子程序WELLE76.程序重复调用 如果要求多次连续地执行某一子程序,则在编程时必须在所调用子程序的程序名后地址P下写入调用次数,最大次数可以为9999(P1.P9999) 举例:N10 L785 P3 ；调用子程序L785 ,运行3次 7.嵌套深度 子程序不仅可以从主程序中调用,也可以从其它程序中调用,这个过程称为子程序的嵌套。子程序的嵌套深度可以为三层,也就是四级程序界面(包括主程序界面) 。 注释:在使用加工循环进行加工时,要注意加工循环程序也同样属于四级程序界面中的一级。 8.说明 在子程序中可以改变模态有效的G功能,比如G90到G91的变换.在返回调用程序时请注意检查一下所有模态有效的功能指令,并按照要求进行调整。 对于R参数也需同样注意，不要无意识地用上级程序界面中所使用的计算参数来修改下级程序界面的计算参数。SIEMENS半径参数值TC_DP6在参数编程的应用引言： 在手工编程加工中半径补偿值输入CNC储存器的方法有两种。 方法一：用手动的方法将要使用的刀具半径值直接输入CNC储存器内，这种方法输入的半径值是固定不变的。 方法二：在程序中用指令$TC_DP6将对应的半径值输入到CNC储存器，这种输入的方法可以在程序运行中可以任意将半径值输到储存器内，如果通过R参数程序设半径值为一个变量再与$TC_DP6对应。那这个程序加工的轮廓就可以实现不断的变化，在手工编程中这种编程是一个灵活而又强大的功能，特别当它与宏程序结合一起使用时，将更加显出它的功能与方便。在手工编程中它是解决一些复杂编程是不可替代的用法。如轮廓的循环加工规则曲面的加工。 本文结合实际生产中$TC_DP6的应用，分别列举去实例来说明刀具补偿值在手工编程中的应用。正文：一、西门子（SIEMENS）刀具半径补偿值$TC_DP6的说明与使用方法 在西门子（SIEMENS）数控系统中，$TC_DP6是一个系统值，它的使用有着严格的规定。它的格式取决于需要的刀具补偿器中。见表：地址含义说明指令格式$TC_DP6t，d半径补偿值读或写t,d号的数值$TC_DP6_,_=R_ 说明：1、t：T刀具编号1-32000，T0没有刀具（系统中最多同时存储32把刀具）2、d: 刀具补偿号D，一个刀具可以匹配从1到9几个不同补偿的数据组，如果没有编写D指令，则D1自动生效。如果编程为D0，则刀具补偿值无效。3、R：计算参数R可以在程序运行时由控制器计算或设定所需要的数值：也可以通过操作面板设定参数数值。如果参数已经赋值，则它们可以在程序中对由变量确定的地址进行赋值。赋值范围为（0.000000199999999）计算参数R一共有300个可供使用R0R99 -可自由使用R100R249 -加工循环传递参数R250R299 -用于加工循环的内部计算参数（如果没有使用加工循环，则这部分计算参数也可自由使用）编程举例：N10 R1=5 N20 $TC_DP61，1=R1 表示：R1代表的值为T1D1刀具储存器中的半径补偿值，即在程序中输入刀具的半径补偿值，R值后可以是一个变量。 N80. N90 M30 用程序输入刀具补偿值的主要使用场合是R参数程序，只要两者可以灵活运用在一起那在手工编程中就可以解决轮廓的倒圆角，和需要半径补偿变化的手工编程中。二、加工实例分析： 如下图：现有一加工图，顶面四周边需倒直角角度为27深为10mm的直角，为了便于说明$TC_DP6的使用，在此作了一定的简化既该零件已经进行粗加工，以下仅就倒角的精加工进行详细的说明。图1：左视图示意图 图2：俯视图示意图 图3：立体示意图 在这个加工程序中，程序需要建立了几个重要的关系，既球刀加工斜面时的高度位置关系，加工深度每次变化的运动轨迹关系，这几个关系相互影响，相互作用。 加工轨迹分析： 使用球刀进行倒角的加工，加工方向为从下向上的方式逐层提升，但球刀加工斜面时的深度问题需要数学的计算，了方便编程和轨迹描刀位点选择在刀心上，刀心与刀尖只不过是球刀的两个几何点，而刀具上的任何一点都是随着刀具整体而进行相同的“平动”的，因此当确定刀心Z轴的坐标后再减去一个刀具半径就可确定出刀尖坐标，这样不但令编程与数学计算都比较方便，还遵守了统一的对刀基准（刀尖）。 图4（如：图4）刀心加工斜面时与斜面形成一个相似的三角形，要计算出刀心的坐标值就需要用到此三角形。刀心的高度位置公式如下：（斜面高度变量由10向0变化）R5参数边-斜面高度变量 斜面刀尖的高度位置公式如下：R5参数边-斜面高度变量-刀具半径 图4刀具与斜面形成的三角形图5：高度变量示意图 图6：半径变量示意图 由图5与图6分析，可以得出当球心在A点处时球刀处于加工斜面的最低点，这时的半径补偿值为初始值，初始值不等于球刀的半径而是等于球刀与斜面形成三角形的直角边R6参数值表示，随着刀具沿着斜边最低点逐层提升，在每层高度上的刀具要与斜面相切半径补偿值需要不断地变化的，可以说球心不断地向内部的方向前进，导致半径补偿值不断变小。 如图6球心的位置图可以看出半径值的变化：A点：半径补偿值=R6、B点：半径补偿值=R6-L1、C点：半径补偿值=R6-L2、D点：半径补偿值=R6-L3、E点：半径补偿值=R6-L4、F点：半径补偿值=R6-L5、如此推算当球心向内移动的距离大与半径补偿值初始值时可能会出现负值的补偿值。 从上述得知如果想要编出可以顺利的将斜面加工出来的程序，就要使程序中的加工高度要不断变化，半径补偿值也要不断地变化，高度值与半径补偿值的数值变化可以在程序中通过R参数的编写实现，使Z轴等于不断变化的高度值就可以解决高度变化的问题，但半径补偿值数值虽然是在程序中得到了变化，但如何将这个数值赋予储存器就是一个关键问题。由此可见，只有通过$TC_DP6将半径补偿变化值输入到储存器内再通过程序内的指令（G41）将变化后的补偿值调用才能真正的实现半径补偿值的变化。此外，从加工工艺上分析加工中参数值R8（如图5： R8代表层高）的选择就决定了程序是粗加工使用还是精加工使用，因为程序的加工路线可以看作等高环绕加工，当R8参数值数值大时可以实现粗加工，R8参数值数值细时可以实现精加工。三、加工程序及说明 以下的参数程序，可以看出$TC_DP6如何在将半径补偿值输入存储器中实现一般手工编程无法加工规则曲面的一大亮点。 %AAA 程序名 T1D1 采用1号刀1号刀补G64 连续路径加工CFTCP 关闭进给率修调，编程的进给率在刀具中心有效M08 开启切削液M3 S2000 主轴正转，2000r/minG 54 G 90 G0 X70 Y0 Z50 采用G54坐标系，绝对值编程，R1=0 变量R1附值R2=10 10为斜面高度R3=27 27为斜面角度R4=5 刀具半径R5=SIN(R3)*R4 三角形的一直角边 R6=COS(R3)*R4 三角形的一直角边R8=0.2 刀具每层的高度