相邻面圆角过渡类零件的宏程序编程

机械零件制造中经常需要加工图3-104所示相邻面圆角过渡的零件。

工艺分析：加工此类相邻面圆角过渡零件时，一般采用分层铣削的方式，由下往上（或由上往下）沿零件轮廓按圆角过渡半径大小由外向内（或由内向外）进行。下面通过一个简单的例子来说明此类零件的编程与加工。

图3-104 相邻面圆角过渡类零件

例：图3-105所示内圆侧面与上平面成圆角过渡，矩形外轮廓侧面与上表面也成圆角过渡，试用变量（或参数）编制一个此类零件的通用程序。

图3-105 相邻面圆角过渡零件编程示例图

a）零件图 b）效果图

由图3-105可知，内圆侧面与上平面的圆角过渡为上下等半径，而矩形外轮廓侧面与上表面也为圆角过渡，但矩形的四个角与上表面的圆角过渡为上下变半径，则圆角半径从矩形轮廓开始圆角过渡往上均匀地线性递减至上表面。下面分别进行程序结构分析及编程。

根据图3-106刀具中心轨迹运动图，先用刀具中心轨迹计算方法来编程。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，对于不同大小的圆角过渡半径和不同的步距角，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：为了保证圆角过渡的精度，以角度的递增（减）循环条件进行判断，使每循环一次的角度变化为均值，同时X（Y）和Z值随着角度的变化而变化。

图3-106 刀具中心轨迹运动图

a）球头铣刀铣凸球面的圆参数方程关系 b）球头刀铣凹球面的圆参数方程关系 c）球头刀铣凸球面的圆一般方程关系 d）球头刀铣凹球面的圆一般方程关系

由以上工艺分析，可画出图3-107所示倒圆角的宏程序结构流程框图。

图3-107 倒圆角的宏程序结构流程框图

1.倒圆角的宏程序编程

（1）HNC—21/22M华中世纪星数控系统对相邻面倒圆角过渡的宏程序编制

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—零件中心的工件横向绝对坐标值

#24=Y₀；Y₀—零件中心的工件纵向绝对坐标值

#17=R；R—刀具起始切削安全高度

#8=I；I—基准孔的直径尺寸值

#9=J；J—倒圆半径的尺寸值

#3=D；D—刀具半径

#1=B；B—步距角初始角度值

#4=E；E—步距角递增均值

#5=F；F—切削进给速度

%183；宏程序号

N005#32=#9；倒圆半径的尺寸值赋给中间变量#32

N010 G90 G00 X[#23] Y[#24]；指令刀具移到工件基准孔上方

N015 Z[#17]；刀具快速下降到工件基准孔上方安全距离

N020 WHILE#1LE90；如果#1大于90，则程序跳转至N050程序段

N025#1=#1+#4；角步距叠加一个均值

#30=[#8/2+#9]-[#9+#3]*COS[#1*PI/180]；X=（基准孔半径+倒圆半径）-（倒圆半径+刀具半径）COSβ

#31=[#9+#3]*SIN[#1*PI/180]；Z=（倒圆半径+刀具半径）SINβ

#32=#32-#31；

N030 G01 Z[-#32] F[3*#5]；刀具以工进速度移动到工件表面下一个倒圆半径值

N035 X[#23+#30]Y0 F[#5]；直线插补到基准孔侧

N040 G03 I[-#30] J0；整圆插补（顺铣）

N045 ENDW；返回循环体（N020程序段）

N050 G00 X[#23] Y[#24]；刀具快速回到基准孔中心

H055 Z[#17+50]；刀具快速抬起离开工作

N060 M99；宏程序结束并返回主程序

（2）SINUMERIK 802D数控系统对相邻面倒圆角过渡的用户R参数程序编制

R参数含义：

R24=X₀；X₀—零件中心的工件横向绝对坐标值

R25=Y₀；Y₀—零件中心的工件纵向绝对坐标值

R18=R；R—刀具起始切削安全高度

R4=I；I—基准孔的直径尺寸值

R5=J；J—倒圆半径的尺寸值

R2=B；B—步距角初始角度值

R7=D；D—刀具半径

R8=E；E—步距角递增均值

R9=F；F—切削进给速度

L183；R参数程序名

N005 R32=R5；倒圆半径的尺寸值赋给中间变量R32

N010 G90 G00 X=R24 Y=R25；指令刀具移到工件基准孔上方

N015 Z=R18；刀具快速下降到工件基准孔上方安全距离

N020 MARKE1：R2=R2+R8；步距角叠加一个均值

N025 R30=[R4/2+R5]-[R5+R7]*COS[R2]；X=（基准孔半径+倒圆半径）-（倒圆半径+刀具半径）COSβ

R31=[R5+R7]*SIN[R2]；Z=（倒圆半径+刀具半径）SINβR32=R32-R31；

N030 G01 Z=-R32 F=3*R9；刀具以工进速度移动到工件表面下一个倒圆半径值

N035 X=R24+R30 Y0 F=R9；直线插补到基准孔侧

N040 G03 I=-R30 J0；整圆插补（顺铣）

N045 IF R2＜=90 GOTOB MARKE1；如果R1小于或等于90，则跳转至MARKE1程序段

N050 G00 X=R24 Y=R25

N055 Z=R18+50；刀具快速抬起离开工件

N060 RET；R参数子程序结束并返回主程序

（3）FANUC 0i数控系统对相邻面倒圆角过渡的宏程序编制

自变量含义：

#24=X₀；X₀—零件中心的工件横向绝对坐标值

#25=Y₀；Y₀—零件中心的工件纵向绝对坐标值

#18=R；R—刀具起始切削安全高度

#4=I；I—基准孔的直径尺寸值

#5=J；J—倒圆半径的尺寸值

#2=B；B—步距角初始角度值

#7=D；D—刀具半径

#8=E；E—步距角递增均值

#9=F；F—切削进给速度

%183；宏程序名

N005 #32=#5；倒圆半径的尺寸值赋给中间变量#32

N010 G90 G00 X#24 Y#25；指令刀具移到工件基准孔上方

N015 Z#18；刀具快速下降到工件基准孔上方安全距离

N020 WHILE[#2LE90]DO1；如果#2大于90，则程序跳转至N050程序段

N025 #2=#2+#8；步距角叠加一个均值

#30=[#4/2+#5]-[#5+#7]*COS[#2]；X=（基准孔半径+倒圆半径）-（倒圆半径+刀具半径）COSβ

#31=[#5+#7]*SIN[#2]；Z=（倒圆半径+刀具半径）SINβ#32=#32-#31；

N030 G01 Z-#32 F[3*#9]；刀具以工进速度移动到工件表面下一个倒圆半径值

N035 X[#24+#30] Y0 F#9；直线插补到基准孔侧

N040 G03 I-#30 J0；整圆插补（顺铣）

N045 END1；返回循环体（N020程序段）

N050 G00 X#24 Y#25

N055 Z[#18+50]；刀具快速抬起离开工件

N060 M99；宏程序结束并返回主程序

2.矩形四个圆角变半径倒圆角的宏程序编程

由以上工艺分析，可画出图3-108所示变半径倒圆角的宏程序结构流程框图。

图3-108 变半径倒圆角的宏程序结构流程框图

（1）HNC—21/22M华中世纪星数控系统对相邻面倒变半径圆角过渡的宏程序

局部变量含义：

#23=X₀；X₀—零件中心的工件横向绝对坐标值

#24=Y₀；Y₀—零件中心的工件纵向绝对坐标值

#20=U；U—矩形零件的长度值

#21=V；V—矩形零件的宽度值

#17=R；R—刀具起始切削安全高度

#9=J；J—倒圆半径的尺寸值

#10=K；K—矩形四角倒圆半径

#1=B；B—步距角初始角度值

#2=C；C—切入圆弧半径（C>D）

#3=D；D—刀具半径

#4=E；E—步距角递增均值

#5=F；F—切削进给速度

%283；宏程序号

N005 #40=[#20/2-#10]；X向定长

#41=[#21/2-#10]；Y向定长

#42=#9；倒圆半径的尺寸值赋给中间变量#42

#43=#10；矩形四角倒圆半径初始值变量#43

N010 G90 G00 X[#23+#40+#10+#3+#2] Y[#24]；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#1LE90；如果#1大于90，则跳转至N105程序段

N025 Z[-#42]；刀具快速下降到工件表面下一个倒圆半径值

N030 G91 G01 X[-#9+#9*COS[#1]]Y[-#2]F[3*#5]；刀具以相对坐标方式工进速度移动到切入圆起点

N035 G02 X[-#2] Y[#2] R[#2] F[#5]；圆弧切入

N040 G01 Y[#41]；定长直线插补

N045 G03 X[-#43] Y[#43] R[#43]；以#43为半径圆弧插补

N050 G01 X[-2*#40]；定长直线插补

N055 G03 X[-#43] Y[-#43] R[#43]；以#43为半径圆弧插补

N060 G01 Y[-2*#41]；定长直线插补

N065 G03 X[#43] Y[-#43] R[#43]；以#43为半径圆弧插补

N070 G01 X[2*#40]；定长直线插补

N075 G03 X[#43] Y[#43] R[#43]；以#43为半径圆弧插补

N080 G01 Y[#41]；定长直线插补

N085 G02 X[#2] Y[#2] R[#2] F[#5]；圆弧切出

N090 G01 Y[-#2]；直线插补回到起点

N095 #1=#1+#4；步距角均值叠加

#42=#42-#9*SIN[#1]；刀具Z向逐层上升

#43=#10*COS[#1]；矩形四角倒圆半径线性减小

N100 ENDW；返回循环体（N020程序段）

N105 G90 G00 X[#23+#20] Y[#24]；刀具快速退回到工件右侧

N110 Z[#17+50]；刀具快速抬起离开工件

N115 M99；宏程序结束并返回主程序

（2）SINUMERIK 802D数控系统对相邻面倒变半径圆角过渡的用户R参数程序

R参数含义：

R24=X₀；X₀—零件中心的工件横向绝对坐标值

R25=Y₀；Y₀—零件中心的工件纵向绝对坐标值

R21=U；U—矩形零件的长度值

R22=V；V—矩形零件的宽度值

R18=R；R—刀具起始切削安全高度(www.xing528.com)

R5=J；J—倒圆半径的尺寸值

R6=K；K—矩形四角倒圆半径

R2=B；B—步距角初始角度值

R3=C；C—切入圆弧半径（C>D）

R7=D；D—刀具半径

R8=E；E—步距角递增均值

R9=F；F—切削进给速度

%283；R参数程序名

N005 R40=[R21/2-R6]；X向定长

R41=[R22/2-R6]；Y向定长

R42=R5；倒圆半径的尺寸值赋给中间变量R42

R43=R6；矩形四角倒圆半径初始值变量R43

N010 G90 G00 X=R24+R40+R6+R7+R3 Y=R25；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：Z=-R42；刀具快速下降到工件表面下一个倒圆半径值

N025 G91 G01 X=-R5+R5*COS[R2] Y=-R3 F=3*R9；刀具以相对坐标方式工进速度移动到切入圆起点

N030 G02 X=-R3 Y=R3 CR=R3 F=R9；圆弧切入

N035 G01 Y=R41；定长直线插补

N040 G03 X=-R43 Y=R43 CR=R43；以R43为半径圆弧插补

N045 G01 X=-2*R40；定长直线插补

N050 G03 X=-R43 Y=-R43 CR=R43；以R43为半径圆弧插补

N055 G01 Y=-2*R41；定长直线插补

N060 G03 X=R43 Y=-R43 CR=R43；以R43为半径圆弧插补

N065 G01 X=2*R40；定长直线插补

N070 G03 X=R43 Y=R43 CR=R43；以R43为半径圆弧插补

N075 G01 Y=R41；定长直线插补

N080 G02 X=R3 Y=R3 CR=R3 F=R9；圆弧切出

N085 G01 Y=-R3；直线插补回到起点

N090 R2=R2+R8；角步距均值叠加

N095 R42=R42-R5*SIN[R2]；刀具Z向逐层上升

R43=R6*COS[R2]；矩形四角倒圆半径线性减小

N100 IF R2＜=90 GOTOB MARKE1；如果R2小于或等于90，则程序跳转至MARKE1程序段

N105 G90 G00 X=R24+R21 Y=R25；刀具快速退回到工件右侧

N110 Z=R18+50；刀具快速抬起离开工件

N115 RET；R参数子程序结束并返回主程序

（3）FANUC 0i数控系统对相邻面倒变半径圆角过渡的宏程序

自变量含义：

#24=X₀；X₀—零件中心的工件横向绝对坐标值

#25=Y₀；Y₀—零件中心的工件纵向绝对坐标值

#21=U；U—矩形零件的长度值

#22=V；V—矩形零件的宽度值

#18=R；R—刀具起始切削安全高度

#5=J；J—倒圆半径的尺寸值

#6=K；K—矩形四角倒圆半径

#2=B；B—步距角初始角度值

#3=C；C—切入圆弧半径（C>D）

#7=D；D—刀具半径

#8=E；E—步距角递增均值

#9=F；F—切削进给速度

O283；宏程序名

N005#40=#21/2-#6；X向定长

#41=#22/2-#6；Y向定长

#42=#5；倒圆半径的尺寸值赋给中间变量#42

#43=#6；矩形四角倒圆半径初始值变量#43

N010 G90 G00 X[#24+#40+#6+#7+#3] Y#25；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[#2LE90]DO1；如果#2大于90，则程序跳转至N105程序段

N025 Z-#42；刀具快速下降到工件表面下一个倒圆半径值

N030 G91 G01 X[-#5+#5*COS[#2]] Y-#3 F[3*#9]；刀具以相对坐标方式工进速度移动到切入圆起点

N035 G02 X-#3 Y#3 R#3 F#9；圆弧切入

N040 G01 Y#41；定长直线插补

N045 G03 X-#43 Y#43 R#43；以#43为半径圆弧插补

N050 G01 X[-2*#40]；定长直线插补

N055 G03 X-#43 Y-#43 R#43；以#43为半径圆弧插补

N060 G01 Y[-2*#41]；定长直线插补

N065 G03 X#43 Y-#43 R#43；以#43为半径圆弧插补

N070 G01 X[2*#40]；定长直线插补

N075 G03 X#43 Y#43 R#43；以#43为半径圆弧插补

N080 G01 Y#41；定长直线插补

N085 G02 X#3 Y#3 R#3 F#9；圆弧切出

N090 G01 Y -#3；直线插补回到起点

N095 #2=#2+#8；步距角均值叠加

#42=#42-#5*SIN[#2]；刀具Z向逐层上升

#43=#6*COS[#2]；矩形四角倒圆半径线性减小

N100 END1；循环体结束

N105 G90 G00 X[#24+#21] Y#25；刀具快速退回到工件右侧

N110 Z[#18+50]；刀具快速抬起离开工件

N115 M99；宏程序结束并返回主程序

3.编程实例

在铣床或加工中心上加工图3-109所示相邻面圆角过渡零件，零件的基准孔直径为ϕ40mm，孔口倒圆半径为6mm，矩形周边倒圆半径为8mm，矩形四角倒圆半径为10mm；假设零件基准孔和矩形四角倒圆已加工好了。试编写加工此零件的宏程序。

图3-109 相邻面圆角过渡零件实例图

a）尺寸图 b）效果图

解：

（1）工艺设计 建立工件坐标系，确定零件的对称中心为工件坐标系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 用ϕ10mm球头铣刀先加工基准圆的孔口倒圆，再加工矩形四周的圆弧过渡。

加工都采用不对称顺铣削方式。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，刀具起始切削安全高度在零件上方2mm处。

（3）零件加工程序

1）华中HNC—21/22M数控系统。

主程序如下：

O××××；文件名

%××××；程序号

N10 T01 M06；调用1号刀（ϕ10mm立铣刀）

N15 G17 G90 G21 G94 G54 G40；程序运行初始状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S1200 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1200r/min

N25 X0.0 Y0.0 M07 D01；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 M98 P183 X0 Y0 R2 I40 J6 B0 D5 E2 F350；调用倒圆角过渡宏程序

N35 M98 P283 X0 Y0 U80 V80 R2 J8 K10 B0 C10 D5 E2 F350；调用倒变半径圆角过渡宏程序

N40 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N45 G49；取消刀具长度补偿

N50 X80 Y0 M05；刀具退到零件右侧，主轴停止

N55 M30；程序结束并返回程序开头

%183；倒圆角过渡宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

%283；倒变半径圆角过渡宏程序（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

N10 T01 D01 M06；调用1号刀（ϕ10mm立铣刀）

N15 G17 G90 G71 G94 G54 G40；程序运行初始状态设置

N20 G00 Z50.0 S1200 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1200r/min

N25 X0.0 Y0.0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 R24=0 R25=0 R18=2 R4=40 R5=6 R2=0 R7=5 R8=2 R9=350；参数设置

N35 L183；调用倒圆角过渡R参数程序

N40 R24=0 R25=0 R21=80 R22=80 R18=2 R5=8 R6=10 R2=0 R3=10 R7=5 R8=2 R9=350；参数设置

N45 L283；调用倒变半径圆角过渡R参数程序

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

N55 D00；取消刀具长度补偿

N60 X80 Y0 M05；刀具退到零件右侧，主轴停止

N65 M02；程序结束并返回程序开头

L183.SPF；倒圆角过渡R参数子程序（见上）

︙

RET；R参数子程序结束，返回主程序

L283.SPF；倒变半径圆角过渡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

N10 T01 M06；调用1号刀（ϕ10mm立铣刀）

N15 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；程序运行初始状态设置

N20 G43 G00 Z50.0 H01 S1200 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1200r/min

N25 X0.0 Y0.0 M07 D01；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N30 G65 P183 X0 Y0 R2 I40 J6 B0 D5 E2 F350；调用倒圆角过渡宏程序

N35 G65 P283 X0 Y0 U80 V80 R2 J8 K10 B0 C10 D5 E2 F350；调用倒变半径圆角过渡宏程序

N40 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N45 G49；取消刀具长度补偿

N50 X80 Y0 M05；刀具退到零件右侧，主轴停止

N55 M30；程序结束并返回程序开头

O183；倒圆角过渡宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

O283；倒变半径圆角过渡宏程序（见上）

︙

M99；子程序结束，返回主程序