正多棱锥台类零件侧面铣削宏程序编程优化方案

编制一个铣削加工图3-74所示正多棱锥台类零件侧面的通用程序。假设正多棱锥台零件锥顶外接圆直径为I，锥底外接圆直径为J，正多棱边数为T，T边形的边长为a，中心角为B，所有斜面与垂直面的夹角相等，锥台高度为H。

图3-74 正多棱锥台类零件侧面铣削示意图

a）零件图 b）效果图

工艺分析：加工此类零件曲面，采用由下而上轴向逐层上升的方法进行铣削，通过锥面的轴向递减，采用不对称顺铣方式加工。在垂直轴上以Z分段，以0.1～0.5mm为一个步距，并把Z值作为自变量。利用旋转坐标指令方式铣削各棱边，并以中心角B作为自变量。为了适应不同的正多棱锥台（即不同的斜率）、不同的大小和不同的步距，下面编制一个只用变量、不用具体数值的宏程序，然后在主程序中呼出该宏程序的用户宏指令段为上述变量赋值。这样，对于不同大小的正多棱锥台和不同的步距，不必更改宏程序，而只需修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据就可以了。注意：为了保证正多棱锥台曲面的精度，以中心角B的变化为循环条件判断，铣削棱台的各条周边；以上下移动的轴向值为循环条件的判断，使每循环一次的Z值变化为均值来铣削锥台。

由图3-74可知锥面斜率为

由以上工艺分析，可画出图3-75所示该宏程序的结构流程框图。

图3-75 正多棱锥台类零件侧面铣削的用户宏程序结构流程框图

1.HNC—21/22M华中世纪星数控系统对铣削正多棱锥台类零件侧面的用户宏程序

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—正多棱锥台中心的工件横向绝对坐标值

#24=Y₀；Y₀—正多棱锥台中心的工件纵向绝对坐标值

#19=T；T—正多棱锥台斜面数

#8=I；I—正多棱锥台锥顶的外接圆直径尺寸值

#9=J；J—正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

#25=Z；Z—正多棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#17=R；R—刀具起始切削安全高度

#7=H；H—正多棱锥台的高度（最终加工深度）

#4=E；E—Z向递增（减）均值

#10=k；k—锥面斜率（k=ABS（#9-#8）/（2*#7））

#1=B；B—正多棱锥台的中心角度值（B=360°/T）

#2=C；C—正多棱锥台第一条棱与X轴的初始角度值

#3=D；D—刀具半径

#5=F；F—切削进给速度

%53；宏程序号

N005 #30=#9/2+#3；正多棱锥台锥底刀具中心轨迹外接圆半径

#31=#2；第一条棱与X轴的初始角度值赋给中间变量#31

#32=#1；正多棱锥台中心角度值赋给变量#32

#33=2*#9*sin[PI/#19]；多边形的边长

N010 G90 G00 X[#9]Y0；指令刀具移到工件右侧下刀点

N015 Z[#17]；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 WHILE #7LE#25；如果#7大于#25，则跳转至N080程序段

N025 G01 Z[#7] F[3*#5]；刀具以工进速度移动

N030 WHILE #31LE[360+#2]；如果#31大于（360+#2），则跳转至N055程序段

N035 G68 X[#23] Y[#24] P[#31]；以正多棱锥台中心（#24，#25）为旋转中心，#31为旋转角度建立新的工件坐标系

N040 G01 X[#30] Y0 F[#5]；直线插补到新建坐标系的X/Y坐标点上（#30，0）

N045 #31=#31+#1；角步距叠加一个中心角#1

N050 ENDW；返回循环体（N030程序段）

N055 G69；取消工件坐标系旋转

N060 #31=#2；第一条棱与X轴的初始角度值赋给中间变量#31

N065 #7=#7+#4；步距Z向叠加#4

N070 #30=#30-#4*#10；多棱台外接圆半径径向叠减一个均值

N075 ENDW；返回循环体

N080 G00 G90 X[#9] Y0；刀具离开工件

N085 Z[#17+50]；刀具快速抬起离开工件

N090 M99；宏程序结束并返回主程序

2.SINUMERIK802D数控系统对铣削正多棱锥台类零件侧面的用户R参数程序

R参数含义：

R24=X₀；X₀—正多棱锥台中心的工件横向绝对坐标值

R25=Y₀；Y₀—正多棱锥台中心的工件纵向绝对坐标值

R20=T；T—正多棱锥台边数

R4=I；I—正多棱锥台锥顶的外接圆直径尺寸值

R5=J；J—正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

R26=Z；Z—正多棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

R18=R；R—刀具起始切削安全高度

R11=H；H—正多棱锥台的高度（最终加工深度）

R8=E；Z向递增（减）均值

R6=k；k—锥面斜率（k=ABS（R9-R8）/（2*R7））

R2=B；B—正多棱锥台的中心角度值（B=360°/T）

R3=C；C—正多棱锥台第一条棱与X轴的初始角度值

R7=D；D—刀具半径

R9=F；F—切削进给速度

L53；R参数程序名

N005 R30=R5/2+R7；正多棱锥台锥底刀具中心轨迹外接圆半径

R31=R3；第一条棱与X轴的初始角度值赋给中间变量R31

R32=R2；正多棱锥台中心角度值赋给变量#32

R33=2*R5*sin[180/R20]；多边形的边长

N010 G90 G00 X=R5 Y0；指令刀具移到工件右侧下刀点

N015 Z=R18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 MARKE1：G01 Z=R11 F=[3*R9]；刀具以工进速度移动

N025 MARKE2：ROT X=R24 Y=R25 RPL=R31；以正多棱锥台中心（R24，R25）为旋转中心，R31为旋转角度建立新的工件坐标系

N030 G01 X=R30 Y0 F=R9；直线插补到新建坐标系的X/Y坐标点上（R30，0）

N035 R31=R31+R2；角步距叠加一个中心角R2

N040 IF R31＜=360+R3 GOTO MARKE2；如果R31小于或等于360+R3，则跳转至MARKE2

N045 ROT；取消工件坐标系旋转

N050 R11=R11+R8；步距Z向叠加R8

N055 R30=R30-R8*R6；多棱台外接圆半径径向叠减一个均值

N060 R31=R3；第一条棱与X轴的初始角度值赋给中间变量R31

N065 IF R11＜=R26 GOTOB MARKE1；如果R11小于或等于R25，则跳转至MARKE1

N070 G00 G90 X=R5 Y0；刀具离开工件

N075 Z=R18+50；刀具快速抬起离开工件

N080 RET；R参数子程序结束并返回主程序

3.FANUC0i数控系统对铣削正多棱锥台类零件侧面的用户宏程序

自变量含义：

#24=X₀；X₀—正多棱锥台中心的工件横向绝对坐标值

#25=Y₀；Y₀—正多棱锥台中心的工件纵向绝对坐标值

#26=Z；Z—正多棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#20=T；T—正多棱锥台边数

#18=R；R—刀具起始切削安全高度

#4=I；I—正多棱锥台锥顶的外接圆直径尺寸值

#5=J；J—正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

#11=H；H—正多棱锥台的高度（最终加工深度）

#8=E；E—Z向递增（减）均值

#6=k；k—锥面斜率（k=ABS（#9-#8）/（2*#7））

#2=B；B—正多棱锥台的中心角度值（B=360°/T）

#3=C；C—正多棱锥台第一条棱与X轴的初始角度值

#7=D；D—刀具半径

#9=F；F—切削进给速度

O53；宏程序名

N005 #30=#5/2+#7；正多棱锥台锥底刀具中心轨迹外接圆半径

#31=#3；第一条棱与X轴的初始角度值赋给中间变量#31

#32=#2；正多棱锥台中心角度赋给变量#32

#33=2*#5*SIN[180/#20]；多边形的边长

N010 G90 G00 X#5 Y0；指令刀具移到工件右侧下刀点

N015 Z#18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 WHILE [#11LE#26] DO1；如果#11大于#25；则跳转至N080程序段

N025 G01 Z#11 F[3*#9]；刀具以工进速度移动

N030 WHILE[#31LE[360+#3]]DO2；如果#31大于360+#3，则跳转至N055程序段

N035 G68 X#24 Y#25 P#31；以正多棱锥台中心（#24，#25）为旋转中心，#31为旋转角度建立新的工件坐标系

N040 G01 X#30 Y0 F#9；直线插补到新建坐标系的X/Y坐标点上（#30，0）

N045#31=#31+#2；角步距叠加一个中心角#2

N050 END2；返回循环体

N055 G69；取消工件坐标系旋转

N060 #11=#11+#8；步距Z向叠加#8

N065 #30=#30-#8*#6；多棱台外接圆半径径向叠减一个均值

N070 #31=#3；第一条棱与X轴的初始角度值赋给中间变量#31

N075 END1；返回循环体

N080 G00 G90 X#5 Y0；刀具离开工件(www.xing528.com)

N085 Z[#18+50]；刀具快速抬起离开工件

N090 M99；宏程序结束并返回主程序

注意：程序中未使用刀具半径补偿指令G41、G42、G40。

4.编程举例

在铣床或加工中心上加工图3-76所示正六棱锥台零件的侧面。已知正六棱锥台零件锥顶外接圆直径为37.5mm，锥底外接圆直径为75mm，锥台高度为10mm，棱边数为6，中心角度为60°，棱台的一条棱与X轴的夹角为15°。

图3-76 正六棱锥台侧面铣削编程实例零件示意图

a）尺寸图 b）效果图

解：

（1）工艺设计 建立工件坐标系，正六棱锥台中心为工件坐标系X和Y轴的零点，工件表面为工件坐标系Z轴的零点，机床坐标系偏置值设置在G54寄存器中。

首先用ϕ25mm立铣刀铣削粗加工ϕ75mm外圆，以去除正六棱锥台周围余量，然后用ϕ16mm立铣刀采用不对称顺铣方式铣削正六棱锥台侧面，采用由下而上轴向逐层上升的方法进行铣削，通过锥面的轴向递减，采用不对称顺铣方式加工。各棱边利用旋转坐标轴方式铣削，并以中心角B作为自变量。

锥面斜率为

铣削刀具为ϕ25mm的立铣刀时，取主轴转速为450r/min、铣削进给速度为150mm/min；铣削刀具为ϕ16mm的立铣刀时，取主轴转速为1200r/min、铣削进给速度为350mm/min。主轴起始位置在零件上方50mm处，刀具起始切削高度为2mm，最终加工位置为Z-15.0mm。根据不同数控系统，运用变量引数赋值和参数直接赋值，在主程序中呼出该宏程序的用户宏指令段为上述变量赋值。

（2）零件加工程序

1）HNC—21/22M华中世纪星数控系统。

局部变量含义：

#23=0；正多棱锥台中心的工件横向绝对坐标值

#24=0；正多棱锥台中心的工件纵向绝对坐标值

#19=6；正多棱锥台斜面数

#8=37.5；正多棱锥台锥顶的外接圆直径尺寸值

#9=75；正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

#25=0；正多棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#17=2；刀具起始切削安全高度

#7=-15；正多棱锥台的高度（最终加工深度）

#4=0.2；Z向递增（减）均值

#10=1.25；锥面斜率

#1=60；正多棱锥台的中心角度值

#2=15；正多棱锥台第一条棱与X轴的初始角度值

#3=8；刀具半径

#5=350；切削进给速度

O××××；文件名

%××××；程序号

N10 T01 M06 D01；调用1号刀具（ϕ25mm立铣刀）

N15 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；工艺加工状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S450 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为450r/min

N25 X80 Y0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 M98 P50；调用铣削正六棱锥台周围余量子程序

N35 M06 T02 D02；调用2号刀（ϕ16mm立铣刀）

N40 G43 G00 Z50.0 H02 S1200 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1200r/min

N45 M98 P53 X0 Y0 Z0 T6 I37.5 J75 R2.0 H-15 E0.2 K1.25 B66 C15 D8 F350；调用铣削正多棱锥台零件侧面的宏子程序

N50 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N55 G49；取消刀具长度补偿

N60 G00 X80 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N65 M30；程序结束并返回程序开头

%50；去锥台周围余量子程序（略）︙

M99；子程序结束，返回主程序

%53；正多棱锥台类零件侧面宏子程序（见上）︙

M99；子程序结束，返回主程序

2）SINUMERIK 802D数控系统。

主程序如下：

FZG×××××；程序名

N05 R24=0；正多棱锥台中心的工件横向绝对坐标值

R25=0；正多棱锥台中心的工件纵向绝对坐标值

R20=6；正多棱锥台边数

R4=37.5；正多棱锥台锥顶的外接圆直径尺寸值

R5=75；正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

R26=0；正多棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

R18=2；刀具起始切削安全高度

R11=-11；正多棱锥台的高度（最终加工深度）

R8=0.2；Z向递增（减）均值

R6=1.25；锥面斜率（k=ABS（R9-R8）/（2*R7））

R2=60；正多棱锥台的中心角度值（B=360°/T）

R3=15；正多棱锥台第一条棱与X轴的初始角度值

R7=8；刀具半径

R9=350；切削进给速度

N10 T01 M06 D01；调用1号刀具（ϕ25mm立铣刀）

N15 G17 G90 G71 G94 G54 G40；工艺加工状态设置

N20 G00 Z50.0 S450 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为450r/min

N25 X80 Y0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 L50；调用铣削正多棱锥台周围余量子程序

N35 M06 T02 D02；调用2号刀（ϕ16mm立铣刀）

N40 G00 Z50.0 S1200 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1200r/min

N50 L53；调用铣削正多棱锥台零件侧面的R参数子程序

N55 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N60 D00；取消刀具长度补偿

N65 G00 X0 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N70 M02；程序结束并返回程序开头

L50；去锥台周围余量子程序（略）

︙

RET；子程序结束，返回主程序

L53；正多棱锥台类零件侧面R参数子程序（见上）

︙

RET；R参数子程序结束，返回主程序

3）FANUC 0i数控系统。

自变量含义：

#24=0；正多棱锥台中心的工件横向绝对坐标值

#25=0；正多棱锥台中心的工件纵向绝对坐标值

#20=6.0；正多棱锥台边数

#4=37.5；正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

#5=75；正多棱锥台锥底的外接圆直径尺寸值

#26=0；正多棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#18=2.0；刀具起始切削安全高度

#11=-11.0；正多棱锥台的高度

#8=0.2；Z向递增（减）均值

#6=1.25；锥面斜率

#2=60.0；正多棱锥台的中心角度值（B=360°/T）

#3=15.0；正多棱锥台第一条棱与X轴的初始角度值

#7=8.0；刀具半径

#9=350；切削进给速度

主程序如下：

O××××；程序名

N10 T01 M06 D01；调用1号刀具（ϕ25mm立铣刀）

N15 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；工艺加工状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S450 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为450r/min

N25 X80 Y0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 G65 P50；调用铣削锥台周围余量子程序

N35 M06 T02 D02；调用2号刀（ϕ16mm立铣刀）

N40 G43 G00 Z50.0 H02 S1200 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1200r/min

N45 G65 P53 X0 Y0 Z0 T6.0 I37.5 J75.0 R2.0 H-15.0 E0.2 K1.25 B60 C15 D8.0 F350；调用铣削正多棱锥台零件侧面的宏子程序

N50 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N55 G49；取消刀具长度补偿

N60 G00 X80 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N65 M30；程序结束并返回程序开头

O50；去锥台周围余量子程序（略）︙

M99；子程序结束，返回主程序

O53；正多棱锥台类零件侧面宏子程序（见上）︙

M99；子程序结束，返回主程序

说明：通过改变刀具半径对零件进行粗、精加工。