编写宏程序优化阿基米德螺旋线类零件曲面制造

编制图3-95所示铣削阿基米德螺旋线类零件的曲面通用程序。假设阿基米德螺旋线轨迹的起始点A的坐标值为（X_A，Y_A），螺旋线螺距为T，螺旋线在起始点的半径为R_A，螺旋线起点角度为α，终点角度为β，螺旋线凹槽宽度为D，最终加工深度为H。加工螺旋线时将通过下列一组公式，采用圆弧逼近方法进行加工。

R_i=R_A+（α_i-α）T/360

X_i=（R_A+（α_i-α）T/360）cosα_i

Y_i=（R_A+（α_i-α）T/360）sinα_i

式中 α_i——螺旋线从起始点半径至i点转过的角度（°）；

R_i——螺旋线在i点的半径（mm）。

工艺分析：加工此类零件曲面，一般先将工件坐标原点偏置到阿基米德螺旋线的中心点，在螺旋线起点钻下刀孔，再通过上述一组公式，采用圆弧逼近方法进行加工。用螺旋角作为自变量，以1°～2°为一个角步距。为了适应不同的阿基米德螺旋线、不同的起始点和终点、不同的螺距，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，对于不同的阿基米德螺旋线、不同的起始点和终点、不同的螺距，不必更改宏程序，而只要修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据就可以了。注意：为了保证阿基米德螺旋线曲面的精度，以螺旋角值为循环条件的判断，使每循环一次的螺旋角值变化为均值。

由以上工艺分析，可画出图3-96所示该宏程序的结构流程框图。

图3-95 阿基米德螺旋线曲面类的零件示意图

a）零件图 b）效果图

图3-96 阿基米德螺旋线类零件曲面宏程序的结构流程框图

1.HNC—21/22M华中世纪星数控系统对铣削阿基米德螺旋线类零件的曲面用户宏程序

局部变量含义：

#23=X_A；X_A—起始点A的横坐标值

#24=Y_B；Y_B—起始点A的纵坐标值

#19=T；T—螺距

#17=R_A；R_A—螺旋线在起始点的半径

#7=H；H—最终加工深度

#0=α；α—螺旋线起点角度

#1=β；β—螺旋线终点角度

#2=γ；γ—角步距

#5=F；F—进给速度

%3374；宏程序号

N10 G00 X[#23] Y[#24]；刀具移动到螺旋线起始点上方

N15 G01 Z[#7]F[#5]；刀具下降到加工深度

N20 #100=#2；角步距赋给中间变量

#101=#1-#0；螺旋线转过角度

N25 WHILE #100LE#101；如果#100大于#101，则程序跳转到N60程序段

#102=#100*PI/180；螺旋线转动角度化为弧度

#103=#102*#19；（α_i-α）T

#104=#103/[2*PI]；（α_i-α）T/360

#105=#104+#17；R_A+（α_i-α）T/360

#106=#105*COS[#100*PI/180]；X_i=（R_A+（α_i-α）T/360）COS（α_i）

#107=#105*SIN[#100*PI/180]；Y_i=（R_A+（α_i-α）T/360）SIN（α_i）

N30 G03 X[#106] Y[#107] R[#105] F[2*#5]；圆弧插补法逼近螺旋线

N40 #100=#100+#2；角步距叠加

N50 ENDW；返回循环

N60 G00 Z100；刀具快速抬起离开工件

N70 M99；宏程序结束，返回主程序

2.SINUMERIK802D数控系统对铣削阿基米德螺旋线类零件的曲面用户R参数程序

R参数含义：

R24=X_A；X_A—起始点A的横坐标值

R25=X_B；X_B—起始点A的纵坐标值

R20=T；T—螺距

R18=R_A；R_A—螺旋线在起始点的半径

R11=H；H—最终加工深度

R1=α；α—螺旋线起点角度

R2=β；β—螺旋线终点角度

R3=γ；γ—角步距

R9=F；F—进给速度

L3374.SPF；R参数程序名

N10 G00 X=R24 Y=R25；刀具移动到螺旋线起始点上方

N15 G01 Z=R11 F=R9；刀具下降到加工深度

N20 R100=R3；角步距赋给中间变量

R101=R2-R1；螺旋线转过角度

N20 MARKE1：R104=R100*R20/360；（α_i-α）T/360

R105=R18+R104；R_A+（α_i-α）T/360

R106=R105*COS[R100]；X_i=（R_A+（α_i-α）T/360）COS（α_i）

R107=R105*SIN[R100]；Y_i=（R_A+（α_i-α）T/360）SIN（α_i）

N30 G03 X=R106 Y=R107 CR=R105 F=2*R9；圆弧插补法逼近螺旋线

N40 R100=R100+R3；角步距叠加

N50 IF R100＜=R101 GOTOB MARKE1；如果R100小于或等于R101，则程序跳转到MARKE1

N60 G00 Z100；刀具快速抬起离开工件

N70 RET；R参数子程序结束，返回主程序

3.FANUC0i数控系统对铣削阿基米德螺旋线类零件的曲面用户宏程序

自变量含义：

#24=X_A；X_A—起始点A的横坐标值

#25=Y_B；Y_B—起始点A的纵坐标值

#20=T；T—螺距

#18=R_A；R_A—螺旋线在起始点的半径

#11=H；H—最终加工深度

#1=α；α—螺旋线起点角度

#2=β；β—螺旋线终点角度

#3=γ；γ—角步距

#9=F；F—进给速度

O3374；宏程序名

N10 G00 X#24 Y#25；刀具移动到螺旋线起始点上方

N15 G01 Z#11 F#9；刀具下降到加工深度

N20 #100=#3；角步距赋给中间变量

#101=#2-#1；螺旋线转过角度

N25 WHILE [#100LE#101] DO1；如果#100大于#101，则程序跳转到N60程序段

#104=#100*#20/360；（α_i-α）T/360

#105=#18+#104；R_A+（α_i-α）T/360

#106=#105*COS[#100]；X_i=（R_A+（α_i-α）T/360）COS（α_i）

#107=#105*SIN[#100]；Y_i=（R_A+（α_i-α）T/360）SIN（α_i）

N30 G03 X#106 Y#107 R#105 F[2*#9]；圆弧插补法逼近螺旋线

N40 #100=#100+#3；角步距叠加

N50 END1；返回循环

N60 G00 Z100；刀具快速抬起离开工件

N70 M99；宏程序结束，返回主程序

4.编程实例

在铣床或加工中心上加工图3-97所示阿基米德螺旋线零件的曲面，阿基米德螺旋线的螺距为18.0mm，起始角度为246°（起始点与工件坐标原点的连线与X轴的角度），终止角度为645°，最终加工深度为10mm，零件毛坯尺寸（长×宽×高）为120mm×100mm×28mm。试用变量（或参数）编写出加工此类零件的宏程序。

图3-97 阿基米德螺旋线曲面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，确定毛坯零件的中心为工件坐标系X、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。

（2）加工顺序 先用ϕ8mm键槽铣刀预钻孔，再用ϕ8mm的立铣刀加工阿基米德螺旋线曲面。

如果工件坐标原点不在阿基米德螺旋线中心，则先将工件坐标原点偏置到阿基米德螺旋线中心，再根据阿基米德螺旋线公式：

R_i=R_A+（α_i-α）T/360

X_i=（R_A+（α_i-α）T/360）COSα_i

Y_i=（R_A+（α_i-α）T/360）SINα_i(www.xing528.com)

采用圆弧逼近方法进行加工，用螺旋角作为自变量，以2°作为一个角步距，采用不对称顺铣削方式，铣削阿基米德螺旋槽。

由图3-97可知，阿基米德螺旋线螺距T为18mm，螺旋线的起始角度为246°，最终转动角度为645°。当螺旋线由起始点，（270°-246°=24°）转过24°转到Y轴上时，螺旋线在i点的半径为19mm，则由R_i=R_A+（α_i-α）T/360算出螺旋线在起始点的半径R_A：

R_A=R_i-αT/360=19-24×18/360=17.8

再由上述阿基米德螺旋线坐标公式，求出阿基米德螺旋线的起始点坐标值（X_A、Y_A）：

X_A=R_ASIN246°≈-7.234

Y_A=R_ACOS246°≈-16.2611

取主轴转速1000r/min，铣削进给速度80mm/min；主轴起始位置在零件上方50.0mm处，刀具起始切削安全高度在零件上方2.0mm处。

（3）零件加工程序

1）HNC—21/22M华中世纪星数控系统。

主程序如下：

O××××；文件名

%××××；程序号

N010 T01 M06；调用1号刀（ϕ25mm立铣刀）

N015 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N020 G43 G00 Z50.0 H01 S600 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为600r/min

N025 X0.0 Y0.0 M07 D01；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N030 M98 P0730；调用ϕ88mm×4mm圆凸台加工子程序

N035 M98 P0731；调用外切ϕ88mm圆凸台的正六边形加工子程序

N040 M06 T02；调用2号刀（ϕ8mm键槽铣刀）

N045 G43 G00 Z50.0 H02 S800 M03 D02；刀具长度补偿，主轴正转，转速800r/min，用2号刀补

N050 X-7.234 Y-16.2611；刀具移动到螺旋线起点上方

N055 Z5.0；刀具快速下降到工件上方5mm处

N060 G01 Z-10.0 F30；刀具以工进速度深度切削

N065 G00 Z100；刀具快速抬起

N070 M06 T03；调用3号刀（ϕ8mm立铣刀）

N075 G43 G00 Z50.0 H03 S1000 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速1000r/min

N080 M98 P3374 X-7.234 Y-16.261 H-10.0 T18.0 R17.8 A246.0 B645.0 C2.0 F40.0；调用阿基米德螺旋线类零件曲面加工子程序

N085 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N090 G49；取消刀具长度补偿

N095 X0 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N100 M30；程序结束并返回程序开头

%0730；ϕ88mm×4mm圆凸台加工子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

%0731；外切ϕ88mm圆凸台的正六边形加工子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

%3374；阿基米德螺旋线类零件曲面加工程序（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

N010 M06 T1 D1；调用1号刀（ϕ25mm立铣刀）

N015 G17 G90 G71 G94 G54 G40；程序运行初始状态设置

N020 G00 Z50.0 S600 M03；主轴正转，转速为600r/min

N025 X0.0 Y0.0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N030 L0730；调用ϕ88mm×4mm圆凸台加工子程序

N035 L0731；调用外切ϕ88mm圆凸台的正六边形加工子程序

N040 M06 T2 D1；调用2号刀（ϕ8mm键槽铣刀）

N045 G00 Z50.0 S800 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速800r/min

N050 X-7.234 Y-16.2611；刀具移动到螺旋线起点上方

N055 Z5.0；刀具快速下降到工件上方5mm处

N060 G01 Z-10.0 F30；刀具以工进速度深度切削

N065 G00 Z100；刀具快速抬起

N070 M06 T03 D3；调用3号刀（ϕ8mm立铣刀）

N075 G00 Z50.0 S1000 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速1000r/min

N080 R24=-7.234 R25=-16.261 R11=-10.0 R20=18.0 R18=17.8 R1=246.0 R2=645.0 R3=2.0 R9=40.0；参数设置

N090 L3374；调用阿基米德螺旋线类零件曲面R参数加工子程序

N095 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N100 X0 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N105 M02；程序结束并返回程序开头

L0730.SPF；ϕ88mm×4mm圆凸台加工子程序（略）

︙

RET；子程序结束，返回主程序

L0731.SPF；外切ϕ88mm圆凸台的正六边形加工子程序（略）

︙

RET；子程序结束，返回主程序

L3374.SPF；阿基米德螺旋线类零件曲面加工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。

主程序如下：

O××××；程序名

N010 T01 M06；调用1号刀（ϕ25mm立铣刀）

N015 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N020 G43 G00 Z50.0 H01 S600 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为600r/min

N025 X0.0 Y0.0 M07 D01；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N030 M98 P0730；调用ϕ88mm×4mm圆凸台加工子程序

N035 M98 P0731；调用外切ϕ88mm圆凸台的正六边形加工子程序

N040 M06 T02；调用2号刀（ϕ8mm键槽铣刀）

N045 G43 G00 Z50.0 H02 S800 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速800r/min

N050 X-7.234 Y-16.2611；刀具移动到螺旋线起点上方

N055 Z5.0；刀具快速下降到工件上方5mm处

N060 G01 Z-10.0 F30；刀具以工进速度深度切削

N065 G00 Z100；刀具快速抬起

N070 M06 T03；调用3号刀（ϕ8mm立铣刀）

N075 G43 G00 Z50.0 H03 S1000 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速1000r/min

N080 G65 P3374 X-7.234 Y-16.261 H-10.0 T18.0 R17.8 A246.0 B645.0 C2.0 F40.0；调用阿基米德螺旋线类零件曲面加工子程序

N085 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N090 G49；取消刀具长度补偿

N095 X0 Y0 M05；刀具退回工件坐标零点，主轴停止

N100 M30；程序结束并返回程序开头

O0730；ϕ88mm×4mm圆凸台加工子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

O0731；外切ϕ88mm圆凸台的正六边形加工子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

O3374；阿基米德螺旋线类零件曲面加工程序（见上）

︙

M99；子程序结束，返回主程序