算法和程序流程框图的设计方法

1.算法的设计

（1）从上分析可知，该实例为四角圆角过渡的型腔铣削加工，需要考虑以下方面：

1）和第2章实例2-1相比，要求内容多，主要区别在于进刀方式和加工路径选择上有所不同。

2）采用中心垂直进刀（螺旋方式进刀、Z字斜线进刀等方式），依次沿着+X、+Y、-X、-Y、+X、Y10的路径进给，形成环切轮廓一周的进给路径，如图3-20所示。如果铣削型腔的宽度大于刀具直径，则需要多次环切才能加工成形。

图3-20 精加工进给路径轨迹示意图

（2）四周圆角成形问题。在本实例中四周圆角半径为R5mm，在铣削中采用了半径为5mm的刀具来进行加工，很显然，圆角半径大小由刀具半径来保证。但是，四周过渡圆角不相等或相对于刀具半径过大的情况下，需要考虑刀具半径在型腔运动时的最大回转半径，此时圆角的加工需要采用G02/G03圆弧插补指令来完成。

（3）铣削次数的控制问题：在每一层铣削中，设置#100号变量控制每次铣削的步距，通过采用FIX（最大毛坯余量除以步距）来控制环切的次数。

（4）铣削方式：采用分层加工，本实例中设置#103号变量控制铣削深度的变化，通过语句#103=#103-2、IF[#103 GE-20]GOTO n实现铣削循环。

（5）在实际编程中，既可以采用刀具半径补偿G42/G41进行轮廓编程，也可以采用刀心进行编程。若采用刀具半径补偿G41/G42进行轮廓编程，需要设置#104号变量控制每次刀补的位移量。

（6）为了简化编程，可以采用增量值指令方式（G91）。

图3-21 多次环切进给路径轨迹示意图

2.程序流程框图设计

根据以上算法设计分析，规划型腔铣削的精加工刀路轨迹如图3-20所示，进行多次环切刀路轨迹如图3-21所示，精加工的程序流程设计如图3-22所示，多次环切实现粗加工的程序流程设计如图3-23所示。

图3-22 精加工的程序流程框图

图3-23 粗加工的程序流程框图

3.根据算法以及流程框图编写加工的宏程序代码

程序1：铣削四角圆角过渡矩形型腔的精加工宏程序代码

实例3-3 程序1编程要点提示：

（1）本程序适用于已经去除大量余量的精加工程序。

（2）本程序的编程思路、逻辑关系并不复杂，采用环切法加工矩形型腔，体现出型腔（凹槽）加工中重要而有效的加工路线。

型腔加工中，切入和切出无法外延。实际加工尽量安排由圆弧过渡的方式切入和切出工件，这样可以避免在工件切入、切出处产生加工痕迹。

若无法实现圆弧过渡，可以沿着工件轮廓的法向方向切入和切出工件，并将其切入、切出选择在轮廓两侧几何元素的交点处，下面是凹槽加工的三种常见加工路线：

图3-24所示为凹槽行切加工，适用于毛坯粗加工。从图中可以看出，其加工路径和环切法相比较短，但是路径之间会留下凹凸不平的残留余量，残留高度与步距大小有关。

图3-25所示为凹槽环切加工，适用于工件的精加工。加工余量均匀稳定，有利于改善工件表面质量，但进给路径相对较长，不利于提高加工效率。

图3-26所示为凹槽先行切、后环切加工。把Z字形运动和环切加工结合起来，用同一把刀进行粗加工、半精加工是一个很好的方法，集中了行切法和环切法两者的优点。在实际加工中，根据工件精度要求，合理规划加工路线和进给路径，以提高效率。

（3）四角圆角半径为5mm，在实际加工中采用直径φ10mm的刀具，圆角半径由刀具半径来保证，参见程序中的语句Y[#101]F100、X-[#100]、Y-[#101]、X[#100]，并没有采用G02/G03等圆弧插补指令。如果圆弧半径相对于刀具半径要大，则需要采用过渡圆弧或G02/G03等圆弧插补指令来完成圆角的加工。

图3-24 凹槽行切加工

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图3-25 凹槽环切加工

图3-26 凹槽先行切、后环切加工

（4）带有圆角型腔加工，加工刀具半径要小于或等于最小的圆角半径。

程序2：粗铣轮廓四角圆角的铣削加工宏程序代码

实例3-3 程序2编程要点提示：

（1）本程序为粗加工轮廓，采用环切法加工路线。

（2）#103号变量用来控制深度的变化，通过#103=#103-2、IF[#103GT-20]GOTO 10语句实现分层铣削四角圆角过渡型腔。

（3）通过设置#100=15、#101=5控制每层第一次铣削X、Y轴移动目标的绝对值；通过#100=#100+5、#101=#101+5变量的逐渐增加，控制进行下一圈铣削轮廓的X、Y移动目标的绝对值；通过控制语句IF[#100 LT 30]GOTO 20来实现最后一圈铣削的X、Y轴移动目标的绝对值。

（4）设置#102=0.5控制粗铣轮廓，相当于在粗铣时工件轮廓向外平移#102余量的值；精加工时，通过语句#102=#102-0.5把工件轮廓移到原位置。

（5）GOTO 20语句为无条件跳转语句（也称绝对跳转语句）。不管给定的条件是否满足，程序都跳转到标号为20的程序段处执行。这是本书中出现的第一个采用GOTO语句进行编程的实例，在此做几点补充说明：

1）程序O3022中，GOTO（绝对跳转语句）也可以用IF…GOTO…条件跳转语句来替换，它们都是用来改变控制的流向。而本实例可以编写成WHILE…DO循环格式的精加工程序。

2）GOTO 20无条件跳转语句。只要程序执行到该语句就会跳转到N20处，执行轮廓加工的程序，会出现无数次（死循环）加工型腔轮廓过程，因此，需要合理地设置变量，使程序及时结束加工型腔轮廓过程。

3）IF[#102 LT-0.1]GOTO 30语句的作用是使程序及时结束加工型腔轮廓。具体执行过程请读者自行分析。

4）GOTO（绝对跳转语句）初学者要慎用，避免出现无限循环现象，建议改用IF…GOTO…条件跳转语句来替换，同样能实现GOTO语句的功能。

程序3：采用图3-23所示流程框图编程的宏程序代码

实例3-3 程序3编程要点提示：

（1）本程序为粗铣轮廓程序，程序设计的刀路轨迹如图3-21所示，程序设计流程如图3-23所示。

（2）程序O3022和程序O3023的区别在于控制铣削的循环条件不同：程序O3022采用判断X、Y向移动目标的绝对值是否达到型腔尺寸作为循环结束的条件；程序O3023采用铣削次数作为循环结束的条件。关于铣削次数补充几点说明：

1）次数的计算：采用铣削的总余量除以步距得出总的铣削次数，利用FIX函数取整。

2）FIX函数为取整函数，在实际加工中，由于省略了小数部分导致第一次铣削步距大于其他铣削的步距。

3）本程序是利用X向铣削次数来控制循环过程。计算出铣削每圈相对应的X、Y移动的目标绝对值，也可通过计算Y向铣削次数，来换算铣削每圈相对应的X、Y移动的目标绝对值。

（3）WHILE[#107LE#105]DO1语句中的判断条件是LE（小于或等于）而不能是LT。

（4）本程序采用刀心编程，也可以采用刀具半径补偿（G41或G42）方式来编写宏程序代码。但要注意刀具半径补偿要在Z向进刀之前建立，铣削一层后，要在Z向抬刀到安全高度，再取消刀具半径补偿，程序代码见程序O3024。

程序4：采用刀具半径补偿方式编写的代码

实例3-3 程序4编程要点提示：

（1）程序O3024利用X向的铣削次数来控制循环过程。通过计算X向的铣削次数来算出铣削每圈相对应的X、Y向移动的目标绝对值。

（2）请读者思考：是不是也可以通过计算Y向铣削次数，来计算铣削每圈相对应的X、Y向移动的目标绝对值呢？