算法设计与程序流程框图优化方案

1.算法的设计

（1）数控铣削加工中一般孔的加工步骤如下：钻中心孔、钻孔（留有余量）、镗孔（铰孔）。加工孔的直径较大，一般采用直径较小的钻头进行预钻孔，然后用直径大的钻头进行扩孔，最后进行镗孔（铰孔）加工。本实例采用钻中心孔、预钻孔、镗孔（铰孔）进行程序的编制。

（2）从图4-10可知，该零件9个孔均匀分布在正方形一条对角线上，且孔与孔之间的距离为30mm。因此只需知道其中一个孔中心点的坐标值，就可以通过数学模型计算出其他孔中心点的坐标位置值。关于孔中心点的坐标值计算有以下两种方法：

1）以第一个孔为例，具体说明数学模型建立方法：以正方形左下角的顶点（也就是编程原点）为三角形的顶点，孔中心到编程原点距离30mm为斜边，孔X、Y向坐标值作为三角形的两条直角边，构建的数学模型如图4-11所示。

图4-11 数学模型示意图

如图4-11的数学模型示意图所示，设计#100号变量来控制斜边的增量，通过三角函数的关系计算出#101、#102的值，再通过赋值语句#100=#100+30和条件语句IF[#100 LE 270]GOTOn来控制整个循环的过程。

2）利用极坐标系G15、G16指令。该实例零件可以视为实例4-2圆周钻孔的一个特例，因此也可采用极坐标系来简化编程，以第一个孔为例具体说明：

可以把第一个孔视为均匀分布在以正方形左下角的顶点（也就是编程原点）为圆心、半径长为30mm圆周上的孔，该孔与X轴正方向的夹角为45°。第二个孔视为均匀分布在以正方形左下角的顶点（也就是编程原点）为圆心、半径长为60mm圆周上的孔，该孔与X轴正方向的夹角为45°，第三个孔至第九孔依次类推，可以发现极坐标系半径是以30mm为单位逐渐增加，而极角不发生改变。

在程序中设置#100号变量控制极坐标系的极半径，#101=45控制极坐标系的极角。通过G16 G0 X[#100]Y[#101]移动到孔中心点的坐标位置，结合钻孔循环G83，完成一个孔的加工后，通过#100=#100+30极坐标系的极半径变化，移动到下一个孔的加工位置，通过IF[#100 LE 270]GOTO n来控制整个循环过程。

（3）可以通过旋转坐标系G68、G69旋转功能，将整个坐标系旋转45°后，设置#100号变量控制X向的变化，具体算法可以参考实例4-1直线排孔的宏程序应用实例。

2.程序流程框图设计

根据以上算法设计分析，规划本实例钻孔的刀路轨迹如图4-12所示，程序流程框图的设计如图4-13和图4-14所示。

图4-12 钻孔刀路轨迹示意图

图4-13 基于数学模型程序设计流程框图

图4-14 基于极坐标系编程程序设计流程框图

3.根据算法以及流程框图编写加工的宏程序代码

程序1：采用数学模型计算孔位置的宏程序代码

实例4-3 程序1编程要点提示：

（1）本实例程序是基于数学模型并利用三角函数关系，计算出每个孔中心点的坐标位置，结合G81钻孔循环，条件语句IF[#100 LE 270]GOTO 10用来控制整个循环过程。(www.xing528.com)

（2）此程序的算法，前面进行了较为详细的分析。为了节省篇幅，在此不再赘述。

程序2：采用极坐标系计算孔位置的编写宏程序代码

实例4-3 程序2编程要点提示：

（1）本实例程序是采用极坐标系G16编程指令，在程序中极角为固定值45°，通过不断增大极坐标系的极半径值，结合G81钻孔循环指令，通过条件语句IF[#100 LE 270]GOTO 10来控制整个循环过程。

（2）此程序的算法，在前面进行了较为详细的分析，在此不再赘述。

程序3：采用旋转坐标系G69、G68编写的宏程序代码

实例4-3 程序3编程要点提示：

（1）程序O4013是通过旋转坐标系G68、G69编程指令，将整个坐标系旋转了45°后，按照实例4-1直线排孔算法编制的宏程序代码。

（2）此程序的算法，在前面进行了较为详细的分析，在此不再赘述。程序4：按钻中心孔、钻孔、镗孔加工顺序编写的宏程序代码

说明：该程序是先预钻孔，然后进行镗孔，镗孔属于精加工，所以加工余量不能太大，在钻孔时可以采用φ19.8mm的钻头进行预钻孔加工。

实例4-3 程序4编程要点提示：

（1）本程序加工顺序是先钻中心孔，再钻φ19.8mm的孔，最后采用φ20mm的镗刀进行镗孔加工。一般来说，φ20mm的孔在生产中不宜采用镗孔加工，采用铰孔加工或螺旋铣削加工较为适宜，但本程序中的加工顺序和算法具有实用价值的。

（2）本程序采用调用子程序的方式，依次来进行钻中心孔、钻φ19.8mm的孔以及镗孔的加工。

（3）程序中采用建立数学模型的方法，基于数学模型并利用三角函数的关系，计算出每个孔的坐标位置，结合G81、G83以及G85等循环指令，实现钻中心孔、钻孔和镗孔等工序的加工，条件语句IF[#110 LE 270]GOTO 10来控制整个循环过程。

（4）钻中心孔、钻孔、镗孔编程指令以及钻中心孔、钻孔、镗孔的深度都不完全一样。为了使程序的编制尽可能简洁，在程序中用#101号变量表示孔加工方式，用#102号变量表示孔加工深度，如#101=81、#102=-50，G[#101]Z[#102]R5 F150和G81 Z-50 R5 F150是完全等价的。通过#101号变量、#102号变量的重新赋值，实现了钻中心孔、钻孔、镗孔等工序的加工。

（5）补充说明一点，此程序是仿照FANUC系统的模态信息变量编制出来的，关于模态信息变量，感兴趣的读者可以参考《BEIJING-FANUC-0i-MA系统操作说明书》。