凸半球面零件的宏程序编程技巧

编制图3-98所示铣削凸半球面类零件的曲面通用程序，假设凸半球曲面的半径为I、最终加工深度为T。

图3-98 铣削加工凸半球面曲面类零件的刀具路线示意图

a）零件图 b）效果图

工艺分析：加工此类零件曲面，一般采用分层铣削的方式进行；手工编制该零件的宏程序时，先用平底立铣刀由上而下（或由下而上）以等高方式逐层切削，每层采用G02/G03圆弧插补铣削。注意：为了保证加工余量的均衡，在Z向分段，以0.1～0.5mm为一个步距，并把Z作为自变量，圆弧半径作为Z的函数。为了适应不同的凸半球（即半径和高度不同的凸半球）、不同的起始点和不同的步距，可以编制一个只用变量不用具体数据的宏程序，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，对于不同的凸半球、不同的起始点和不同的步距，不必更改程序，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。

由以上工艺分析，可画出图3-99所示凸半球面曲面类零件宏程序的结构流程框图。

1.HNC—21/22M华中世纪星数控系统铣削凸半球曲面类零件的用户宏程序

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—凸半球球心的X绝对坐标值

#24=Y₀；Y₀—凸半球球心的Y绝对坐标值

#25=T；T—凸半球最终加工深度

#7=H；H—凸半球球顶的Z绝对坐标值

#8=I；I—凸半球的圆弧半径

#9=J；J—立铣刀半径

#16=Q；Q—Z向下刀每次的深度

#5=F；F—切削速度

#2=C；C—切入圆弧半径（C≥J）

%3381；宏程序号（用平底立铣刀粗、精加工凸半球）

N005 #36=#16；

N010 G90 G00 X[#23+#8+#9+#2] Y[#24]；指令刀具移到X轴上

N015 Z[#7]；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 WHILE#7GE#25；如果#7小于#25，则跳转到N070程序段

N025 #7=#7-#16；任意层的Z向高度坐标计算

N030 #30=SQRT[#8*#8-[#8-#36]*[#8-#36]]；刀具中心轨迹在任意层的圆弧半径计算

N035 G90 G01 Z[#7] F[3*#5]；绝对方式，刀具直线下降到当前层高

N040 G01 X[#23+#30+#9+#2] Y[#24-#2]；直线插补到切入圆起点

N045 G91 G02 X[-#2] Y[#2] R[#2]F[#5]；增量方式，以1/4圆弧切线切入

N050 G03 I-[#30+#9]；在当前层高上进行整圆插补

N055 G02 X[#2] Y[#2] R[#2]；以1/4圆弧切线切出

N060 G01 Y[-#2]；直线插补到X轴上

N062 #36=#36+#16

N065 ENDW；返回循环体

N070 G90 G00 Z100；快速抬刀

N075 M99；程序结束

图3-99 凸半球曲面类零件的宏程序结构流程框图

2.SINUMERIK802D数控系统铣削凸半球曲面类零件的用户R参数程序

R参数含义：

R24=X₀；X₀—凸半球球心的X绝对坐标值

R25=Y₀；Y₀—凸半球球心的Y绝对坐标值

R26=T；T—凸半球最终加工深度

R11=H；H—凸半球球顶的Z绝对坐标值

R4=I；I—凸半球的圆弧半径

R5=J；J—立铣刀半径

R17=Q；Q—Z向下刀每次的深度

R3=C；C—切入圆弧半径（C≥J）

R9=F；F—切削速度

L3381；R参数程序名（用平底立铣刀粗、精加工凸半球）

N005 R37=R17；

N010 G90 G00 X=R24+R4+R5+R3 Y=R25；指令刀具移到X轴上

N015 Z=R11；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 MARKE1：R11=R11-R17；任意层的Z向高度坐标计算

N025 R30=SQRT[R4*R4-[R4-R37]*[R4-R37]]；刀具中心轨迹在任意层的圆弧半径计算R37=R37+R17；

N030 G90 G01 Z=R11 F=3*R9；绝对方式，刀具直线下降到当前层高

N035 G01 X=R24+R30+R5+R3 Y=R25-R3；直线插补到切入圆起点

N040 G91 G02 X=-R3 Y=R3 CR=R3 F=R9；增量方式，以1/4圆弧切线切入

N045 G03 I=-[R30+R5]；在当前层高上进行整圆插补

N050 G02 X=R3 Y=R3 CR=R3；以1/4圆弧切线切出

N055 G01 Y=-R3；直线插补到X轴上

N060 IF R11＞=R26 GOTOF MARKE1；如果R11大于或等于R20，则跳转到N20程序段

N065 G90 G00 Z100；快速抬刀

N070 RET；程序结束

3.FANUC0i数控系统铣削凸半球曲面类零件的用户宏程序

自变量含义：

#24=X₀；X₀—凸半球球心的X绝对坐标值

#25=Y₀；Y₀—凸半球球心的Y绝对坐标值

#26=T；T—凸半球最终加工深度

#11=H；H—凸半球球顶的Z绝对坐标值

#4=I；I—凸半球的圆弧半径

#5=J；J—立铣刀半径

#17=Q；Q—Z向下刀每次的深度

#3=C；C—切入圆弧半径（C≥J）

#9=F；F—切削速度

O3381；宏程序名（用平底立铣刀粗、精加工凸半球）

N005 #37=#17；

N010 G90 G00 X[#24+#4+#5+#3] Y[#25]；指令刀具移到X轴上

N015 Z[#11]；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 WHILE [#11GT#26] DO1；如果#11小于#26，则跳转到N070程序段

N025#11=#11-#17；任意层的Z向高度坐标计算

N030#30=SQRT[#4*#4-[#4-#37]*[#4-#37]；刀具中心轨迹在任意层的圆弧半径计算#37=#37+#17；

N035 G90 G01 Z#11 F[3*#9]；绝对方式，刀具直线下降到当前层高

N040 G01 X[#24+#30+#5+#3] Y[#25-#3]；直线插补到切入圆起点

N045 G91 G02 X[-#3]Y#3 R#3 F#9；增量方式，以1/4圆弧切线切入

N050 G03 I-[#30+#5]；在当前层高上进行整圆插补

N055 G02 X#3 Y#3 R#3；以1/4圆弧切线切出

N060 G01 Y[-#3]；直线插补到X轴上

N065 END1；返回循环体

N070 G90 G00 Z100；快速抬刀

N075 M99；程序结束

4.编程实例

在铣床或加工中心上加工图3-100所示凸半球曲面，凸半球的球半径为R30mm，零件毛坯尺寸（长×宽×高）为100mm×80mm×40mm。试用变量（或参数）编写出加工此零件的数控程序。

(www.xing528.com)

图3-100 凸球面零件编程实例示意图

a）尺寸图 b）效果图

解：

（1）工艺设计 建立工件坐标系，确定凸半球的球心为工件坐标系X、Y轴的零点，工件表面为凸半球在工件坐标系中的高（Z绝对坐标值），机床坐标系偏置值设置在G54寄存器中。

（2）加工顺序 先用ϕ25mm的粗齿立铣刀铣削ϕ61mm×30mm圆柱体，再用ϕ20mm的立铣刀粗加工凸半球曲面，然后用ϕ20mm的钨钢立铣刀精加工凸半球曲面。

粗加工ϕ61mm×30mm圆柱体时的切削用量为：主轴转速540r/min，铣削进给速度150mm/min，背吃刀量为10mm，分三层完成切削。

凸半球的粗、精加工都采用顺铣削方式。粗加工时，主轴转速为800r/min，铣削进给速度为500mm/min，背吃刀量为0.5mm；精加工时，主轴转速为1500r/min，铣削进给速度为350mm/min，背吃刀量为0.2mm；主轴起始位置在零件上方50mm处，刀具起始切削安全高度在零件上方2mm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

N10 T01 M06；调用1号刀（ϕ25mm粗齿立铣刀）

N15 G17 G90 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S540 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为540r/min

N25 X80.0 Y0.0 M07；刀具快速移动到工件右侧X轴上，打开切削液

N30 M98 P830；调用铣削ϕ61mm×30mm圆柱体的子程序

N35 M06 T02；调用2号刀（ϕ20mm立铣刀）

N40 G43 G00 Z50.0 H02 S800 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为800r/min

N45 M98 P3381 X0 Y0 Z-30 H0 I30 J10 Q0.5 F500 C15；调用凸半球曲面宏子程序粗加工

N50 M06 T03；调用3号刀（ϕ20mm钨钢立铣刀）

N55 G43 G00 Z50.0 H03 S1500 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1500r/min

N60 M98 P3381 X0 Y0 Z-30 H0 I30 J10 Q0.2 F350 C15；调用凸半球曲面宏子程序精加工

N65 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N70 G49；取消刀具长度补偿

N75 X100 Y0 M05；刀具退回工件右侧起刀点，主轴停止

N80 M30；程序结束并返回程序开头

%830；ϕ61mm×30mm圆柱体铣削子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

%3381；凸半球曲面铣削宏子程序（见前面）

︙

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

N10 T01 D01 M06；调用1号刀（ϕ25mm粗齿立铣刀）

N15 G17 G90 G54 G40；程序运行初始状态设置

N20 G00 Z50.0 S540 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为540r/min

N25 X80.0 Y0.0 M07；刀具快速移动到工件右侧X轴上，打开切削液

N30 L830；调用铣削ϕ61mm×30mm圆柱体的子程序

N35 M06 T02 D02；调用2号刀（ϕ20mm立铣刀）

N40 G00 Z50.0 S800 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为800r/min

N45 R24=0；凸半球球心的X绝对坐标值

R25=0；凸半球球心的Y绝对坐标值

R26=0；凸半球最终加工深度的Z绝对坐标值

R11=-30；凸半球球顶的Z绝对坐标值

R4=0；凸半球的圆弧半径

R5=10；立铣刀半径

R17=0.5；Z向下刀每次的深度

R3=15；切入圆弧半径（C≥J）

R9=500；切削速度

N50 L3381；调用凸半球曲面R参数程序粗加工

N55 M06 T03 D03；调用3号刀（ϕ20mm钨钢立铣刀）

N60 G00 Z50.0 S1500 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1500r/min

N65 R17=0.2 R9=350；

N70 L3381；调用凸半球曲面R参数程序精加工

N75 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N80 X100 Y0 M05；刀具退回工件右侧起刀点，主轴停止

N85 M02；程序结束并返回程序开头

L830；ϕ61mm×30mm圆柱体铣削子程序（略）

︙

RET；子程序结束，返回主程序

L3381；凸半球曲面铣削R参数程序（见前面）

︙

RET；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

N10 T01 M06；调用1号刀（ϕ25mm粗齿立铣刀）

N15 G17 G90 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S540 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为540r/min

N25 X80.0 Y0.0 M07；刀具快速移动到工件右侧X轴上，打开切削液

N30 M98 P830；调用铣削ϕ61mm×30mm圆柱体的子程序

N35 M06 T02；调用2号刀（ϕ20mm立铣刀）

N40 G43 G00 Z50.0 H02 S800 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为800r/min

N45 G65 P3381 X0 Y0 Z-30 H0 I30 J10 Q0.5 F500 C15；调用凸半球曲面宏子程序粗加工

N50 M06 T03；调用3号刀（ϕ20mm钨钢立铣刀）

N55 G43 G00 Z50.0 H03 S1500 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1500r/min

N60 G65 P3381 X0 Y0 Z-30 H0 I30 J10 Q0.2 F350 C15；调用凸半球曲面宏子程序精加工

N65 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N70 G49；取消刀具长度补偿

N75 X100 Y0 M05；刀具退回工件右侧起刀点，主轴停止

N80 M30；程序结束并返回程序开头

O830；ϕ61mm×30mm圆柱体铣削子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

O3381；凸半球曲面铣削宏子程序（见前面）

︙

M99；子程序结束，返回主程序