正四棱锥台类零件侧面铣削宏程序编程优化

编制一个铣削加工图3-71所示正四棱锥台类零件侧面的通用程序。假设正四棱锥台零件锥底尺寸为U×V，锥台顶部尺寸为I×J，左右和前后斜面与垂直面的夹角相等，锥台高度为H。

图3-71 正四棱锥台类零件示意图

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。为了适应不同的正四棱锥台（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，对于不同大小的正四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：为了保证正四棱锥台曲面的精度，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。

由图3-71可知锥面的斜率为

锥台圆角半径缩小率为

由以上工艺分析，可画出图3-72所示该宏程序的结构流程图。

1.HNC—21/22M华中世纪星数控系统对铣削正四棱锥台类零件侧面的用户宏程序

局部变量含义：

#20=U；U—正四棱锥台锥底的横向尺寸值

#21=V；V—正四棱锥台锥底的纵向尺寸值

#8=I；I—正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

#9=J；J—正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

#25=Z；Z—正四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—正四棱锥台的高度（最终加工深度）

#10=k₁；k₁—锥面斜率

#12=k₂；k₂—圆角半径缩小率

#4=E；E—Z向递增（减）均值

#2=C；C—锥底倒圆半径

#3=D；D—刀具半径

#5=F；F—切削进给速度

图3-72 正四棱锥台类零件侧面铣削的用户宏程序结构流程框图

%52；宏程序号

N005#30=#20/2；正四棱锥台锥底的横向尺寸值的一半赋给中间变量#30

#31=#21/2；正四棱锥台锥底的纵向尺寸值的一半赋给中间变量#31

#32=#2；锥底倒圆半径赋给中间变量#32

#33=#3+5；切入（切出）圆弧半径

N010 G90 G00 X[#20+#33] 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N100程序段

N025 G01 Z[#7] F[3*#5]；刀具以工进速度移动

N030 G01 X[#30+#33+#3] Y[-#33] F[2*#5]；刀具直线插补到切入圆起点

N035 G02 X[#30+#3] Y0 R[#33] F[#5]；圆弧切线切入

N040 G01 X[#30+#3] Y[#31+#3] R[#32]；正四棱直线插补

N045 X[-#30-#3] Y[#31+#3] R[#32]；

N050 X[-#30-#3] Y[-#31-#3] R[#32]；

N055 X[#30+#3] Y[-#31-#3] R[#32]；

N060 X[#30+#3] Y0；回到圆弧切入点

N065 G02 X[#30+#33+#3] Y[#33] R[#33] F[2*#5]；圆弧切线切出

N070 G01 X[#20+#33] Y0 F[3*#9]；返回起刀点

N075 #7=#7+#4；步距轴向叠加#4

N080 #30=#30-#4*#10；层X尺寸叠减

N085 #31=#31-#4*#10；层Y尺寸叠减

N090 #32=#33-#4*#12；圆角半径尺寸叠减

N095 ENDW；返回循环体

N100 G00 G90 Z[#17+50]；刀具快速抬起离开工件

N105 M99；宏程序结束并返回主程序

2.SINUMERIK802D数控系统对铣削正四棱锥台类零件侧面的用户R参数程序

R参数含义：

R21=U；U—正四棱锥台锥底的横向尺寸值

R22=V；V—正四棱锥台锥底的纵向尺寸值

R4=I；I—正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

R5=J；J—正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

R26=Z；Z—正四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—正四棱锥台的高度（最终加工深度）

R6=k₁；k₁—锥面斜率

R14=k₂；k₂—圆角半径缩小率

R3=C；C—锥底倒圆半径

R7=D；D—刀具半径

R8=E；E—Z向递增（减）均值

R9=F；F—切削进给速度

L52.SPF；R参数子程序名

N005 R30=R21/2；正四棱锥台锥底的横向尺寸值的一半赋给中间变量R30

R31=R22/2；正四棱锥台锥底的纵向尺寸值的一半赋给中间变量R31

R32=R3；锥底倒圆半径赋给中间变量R32

R33=R7+5；切入（切出）圆弧半径

N010 G90 G00 X=R21+R33 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

N025 MARKE1：G01 Z=R11 F=3*R9；刀具以工进速度移动

N030 G01 X=R30+R33+R7 Y=-R33 F=2*R9；刀具直线插补到切入圆起点

N035 G02 X=R30+R7 Y0 CR=R33 F=R9；圆弧切线切入

N040 G01 X=R30+R7 Y=R31+R7 RND=R32；正四棱直线插补

N045 X=-R30-R7 Y=R31+R7 RND=R32；

N050 X=-R30-R7 Y=-R31-R7 RND=R32；

N055 X=R30+R7 Y=-R31-R7 RND=R32；

N060 X=R30+R7 Y0；回到圆弧切入点

N065 G02 X=R30+R33+R7 Y=R33 CR=R33 F=2*R9；圆弧切线切出

N070 G01 X=R21+R31 Y0 F=3R9；返回刀具起刀点

N075 R11=R11+R8；步距轴向叠加R8

N080 R30=R30-R8*R6；层X尺寸叠减

N085 R31=R31-R8*R6；层Y尺寸叠减

N090 R32=R33-R8*R14；圆角半径尺寸叠减

N095 IF R11＜=R26 GOTOB MARKE1；如果R26小于或等于R11，则程序跳转至标志符MARKE1

N100 G00 G90 Z=R18+50；刀具快速抬起离开工件

N105 RET；R参数子程序结束并返回主程序

3.FANUC0i数控系统对铣削正四棱锥台类零件侧面的用户宏程序

自变量含义：

#21=U；U—正四棱锥台锥底的横向尺寸值

#22=V；V—正四棱锥台锥底的纵向尺寸值

#4=I；I—正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

#5=J；J—正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

#26=Z；Z—正四棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#18=R；R—刀具起始切削安全高度

#11=H；H—正四棱锥台的高度

#6=k₁；k₁—锥面斜率

#14=k₂；k₂—圆角半径缩小率

#3=C；C—锥底倒圆半径

#7=D；D—刀具半径

#8=E；E—Z向递增（减）均值

#9=F；F—切削进给速度

O52；宏程序名

N005#30=#21/2；正四棱锥台锥底的横向尺寸值的一半赋给中间变量#30

#31=#22/2；正四棱锥台锥底的纵向尺寸值的一半赋给中间变量#31

#32=#3；锥底倒圆半径赋给中间变量#32

#33=#7+5；切入（切出）圆弧半径

N010 G90 G00 X[#21+#33] 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#26，则跳转至N100程序段

N025 G01 Z#11 F[3*#9]；刀具以工进速度移动

N030 G01 X[#30+#33+#7] Y-#33 F[2*#9]；刀具直线插补到切入圆起点

N035 G02 X[#30+#7]Y0 R#33 F#9；圆弧切线切入

N040 G01 X[#30+#7] Y[#31+#7] R#32；正四棱直线插补

N045 X[-#30-#7] Y[#31+#7] R#32；

N050 X[-#30-#7 ]Y[-#31-#7] R#32；

N055 X[#30+#7] Y[-#31-#7] R#32；

N060 X[#30+#7] Y0；回到圆弧切入点

N065 G02 X[#30+#33+#7]Y#33 R#33 F[2*#9]；圆弧切线切出

N070 G01 X[#21+#33]Y0 F[3*#9]；返回刀具起刀点

N075 #11=#11+#8；步距轴向叠加#8

N080 #30=#30-#8*#6；层X尺寸叠减

N085 #31=#31-#8*#6；层Y尺寸叠减

N090 #32=#33-#8*#14；圆角半径尺寸叠减(https://www.xing528.com)

N095 END1；返回循环体

N100 G00 G90 Z[#18+50]；刀具快速抬起离开工件

N105 M99；宏程序结束并返回主程序

注意：

1）切入圆弧半径必须大于或等于刀具半径值。

2）刀具半径值必须大于0。

3）程序中没有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3-73所示正四棱锥台零件的侧面。已知正四棱锥台零件锥底尺寸为50mm×50mm，圆弧半径为5mm；锥台顶部尺寸为25mm×25mm，圆弧半径为1mm；左右和前后斜面与垂直面的夹角相等，锥台高度为10mm。

图3-73 正四棱锥台零件侧面铣削编程实例示意图

a）尺寸图 b）效果图

解：

（1）工艺设计 建立工件坐标系，正四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立铣刀铣削去除正四棱锥台周围余量，然后用ϕ16mm立铣刀采用顺铣方式铣削正四棱锥台侧面，采用由下而上轴向逐层上升的方法进行铣削，按锥面的轴向递减之比以顺铣方式加工。

锥面斜率为

锥台圆角半径的缩小率为

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_-10mm。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：

#20=50；正四棱锥台锥底的横向尺寸值

#21=50；正四棱锥台锥底的纵向尺寸值

#8=25；正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

#9=25；正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

#25=0；正四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=-10；正四棱锥台的高度

#10=0.5；锥面斜率

#12=0.4；锥台圆角半径缩小率

#2=5；锥底倒圆半径

#3=8；刀具半径

#4=0.2；Z向递增（减）均值

#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 P51；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 M98 P52 U50.0 V50.0 I25.0 J25.0 Z0.0 R2.0 H-10.0 K0.5 M0.4 C5.0 D8.0 E0.2 F350；调用铣削正四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

%51；去锥台周围余量子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

%52；正四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 R21=50；正四棱锥台锥底的横向尺寸值

R22=50；正四棱锥台锥底的纵向尺寸值

R4=25；正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

R5=25；正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

R26=0；正四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=-10；正四棱锥台的高度

R6=0.5；锥面斜率

R14=0.4；锥台圆角半径缩小率

R3=5；锥底倒圆半径

R7=8；刀具半径

R4=0.2；Z向递增（减）均值

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 L51；调用铣削正四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

N50 L52；调用铣削正四棱锥台零件侧面的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

L51.SPF；去锥台周围余量子程序（略）

︙

RET；子程序结束，返回主程序

L52.SPF；正四棱锥台类零件侧面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：

#21=50；正四棱锥台锥底的横向尺寸值

#22=50；正四棱锥台锥底的纵向尺寸值

#4=25；正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

#5=25；正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

#26=0；正四棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#18=2；刀具起始切削安全高度

#11=-10；正四棱锥台的高度

#6=0.5；锥面斜率

#14=0.4；锥台圆角半径缩小率

#3=5；锥底倒圆半径

#7=8；刀具半径

#8=0.2；Z向递增（减）均值

#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 P51；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 P52 U50.0 V50.0 I25.0 J25.0 Z0.0 R2.0 H-10.0 K0.5 M0.4 C5.0 D8.0 E0.2 F350；调用铣削正四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

O51；去锥台周围余量子程序（略）

︙

M99；子程序结束，返回主程序

O52；正四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：通过改变刀具半径来对零件进行粗、精加工。