数控加工与编程-(4)课件.ppt
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- 数控 加工 编程 课件
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1、第5章宏编程技术及其应用第第5 5章章 宏编程技术及其应用宏编程技术及其应用5.1 宏编程技术规则宏编程技术规则5.2 车削宏编程技术及其应用车削宏编程技术及其应用5.3 铣削宏编程技术及其应用铣削宏编程技术及其应用5.4 系统编程指令功能扩展的宏实现系统编程指令功能扩展的宏实现思考与练习题思考与练习题第5章宏编程技术及其应用5.1 宏编程技术规则宏编程技术规则5.1.1 宏编程的概念宏编程的概念 宏指令编程是指像计算机高级语言一样,可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算的程序编写形式。在宏程序形式中,一般都提供顺序、选择分支、循环三大程序结构和子程序调用的方法。程序指令的坐标数据根
2、据运算结果动态获得,可用于编制各种复杂的零件加工程序,特别是在非圆方程曲线的处理上显示出其强大的扩展编程功能。熟练应用宏程序指令进行编程,可大大精简程序量。对于开放式PC-NC系统来说,还可利用宏指令语言作二次开发,以扩展编程指令系统,增强机床的加工适应能力。第5章宏编程技术及其应用5.1.2 宏编程的技术规则宏编程的技术规则各种数控系统的宏程序格式和用法均有所不同。1HNC22数控系统的变量、函数及其运算规则数控系统的变量、函数及其运算规则HNC数控系统中的宏变量都是以带#的数字作为变量名的,如#0,#10,#500等。变量不需要进行数据类型的预定义,根据赋值和运算结果决定变量数据的类型。变
3、量使用范围受到系统分配区段的限制,这主要取决于该变量性质是局部变量还是全局变量。第5章宏编程技术及其应用局部变量:赋值定义的变量的有效范围仅局限于本程序内使用,同样的变量名在主、子程序中使用不同的寄存器地址,是互相独立的变量。HNC系统中,#0#49为当前局部变量,#200#899分别为07层局部变量。全局变量:同一变量名在主、子程序中使用同一寄存器地址,可任意调用并因重新赋值而有相互影响的变量。HNC系统中,#50#199为全局变量。第5章宏编程技术及其应用HNC系统中,#600#899为刀具补偿和刀具寿命使用的变量,#1000以上为系统变量,大多为只读性质的变量。HNC系统定义的常量主要有
4、:PI(p,圆周率)、TRUE(真,1)、FALSE(假,0)。HNC系统提供一些常用的函数供宏编程时使用,如SIN、COS、TAN、SQRT、ABS等,三角函数的自变量以弧度为单位。HNC系统变量的赋值与运算接近一般的数学语言,以“变量名=常量或表达式”的格式将等式右边的常量或表达式的运算结果赋给等式左边的变量。第5章宏编程技术及其应用算术运算表达式:#3=100;#1=50+#3/2;#2=#1+#3*SQRT#1/50*SINPI/2关系运算表达式:#1 GT 10(表示#110);#2 LE 20(表示#220)逻辑运算表达式:#1 GT 10 AND#1 LE 20(表示10#k,G
5、OTO n IF#j=#k,GOTO n IF#j=#k,GOTO n 产生 P/S 错误 500+n *:trunc()为取整,小数部分舍去。第5章宏编程技术及其应用FANUC3MA数控系统则使用#100,#101,来规定变量名,用G65指令按一定的格式来设置变量、赋值及进行各种运算。其统一格式为G65 Hm P#i Q#j R#k其中,m取0199,表示宏指令功能,见表5-2;#i为运算结果的变量名;#j为待运算的变量名1(或常数);#k为待运算的变量名2(或常数)。如第5章宏编程技术及其应用G65 H02 P#100 Q#102 R#103,即表示#100=#102+#103;G65 H
6、26 P#101 Q#102 R#103,即表示#101=(#101x#102)/#103。由于其表达方式比较繁杂,不接近数学语言,因此掌握起来有一定的难度。FANUC3MA系统的宏指令功能定义见表5-2。第5章宏编程技术及其应用5.1.3 宏编程的数学基础宏编程的数学基础1曲线的标准方程和参数方程曲线的标准方程和参数方程对于方程曲线类几何图素,宏编程时往往需要将其中一个坐标作为变量,再根据曲线方程求算另一坐标的对应值。虽然都可利用曲线的标准方程来计算,但有时采用参数方程来求算更为方便。表5-3是常见曲线的标准方程和参数方程。第5章宏编程技术及其应用表表5-3 常见曲线的标准方程和参数方程常见
7、曲线的标准方程和参数方程曲线类型 标准方程 参 数 方 程 参 数 说 明 圆 1RYRX2222 X=Rcos t Y=Rsin t t 为圆上动点的离心角(+X 为始边)(0t2)椭圆 1bYaX2222 X=acos t Y=bsin t t 为椭圆上动点的离心角(0t2)抛物线 Y2=2PX X2=2PY X=2Pt2 Y=2Pt X=2Pt Y=2Pt2 t 为抛物线上除顶点外的点与顶点连线的斜率的倒数 双曲线 1bYaX2222 X=asec t Y=btan t t 为双曲线上动点的离心角 阿基米德螺线 =kt+0 X=cos t Y=sin t t 为螺线上动点的离心角 渐开线
8、 X=a(cos t+tsin t)Y=a(sin t-tcos t)第5章宏编程技术及其应用2图素的几何变换图素的几何变换1)平移变换若m表示X方向的平移向量,n表示Y方向的平移向量,则平移后某点新坐标为X1=X+m;Y1=Y+n 第5章宏编程技术及其应用2)旋转变换点(X,Y)绕坐标原点旋转一角后,其新坐标为 X1=Xcos-Ysin,Y1=Xsin+Ycos 点(X,Y)绕某点(X0,Y0)旋转一角后,其新坐标为X1=(X-X0)cos-(Y-Y0)sin+X0 Y1=(X-X0)sin+(Y-Y0)cos+Y0 第5章宏编程技术及其应用3)对称(镜像)变换关于 X 轴对称:X1=X,Y
9、1=-Y。关于 Y 轴对称:X1=-X,Y1=Y。关于原点对称:X1=-X,Y1=-Y。第5章宏编程技术及其应用3方程曲线的逼近计算方法方程曲线的逼近计算方法1)等间距直线逼近的节点计算等间距法就是将某一坐标轴划分成相等的间距,然后求出曲线上相应的节点。如图5-1所示,已知曲线方程为,沿X轴方向取x为等间距长。根据曲线方程,由xi求得yi,xi+1=xi+x,yi+1=f(xi+x),如此求得的一系列点就是节点。由图5-1知,x取得愈大,产生的拟合误差愈大。当曲线曲率半径变化较小时x可取较大值,当曲线曲率半径变化较大时x应取较小值。第5章宏编程技术及其应用图5-1 等间距直线逼近第5章宏编程技
10、术及其应用2)等步长直线逼近的节点计算等步长直线逼近法是使所有逼近线段的长度相等,从而求出节点坐标。如图5-2所示,计算步骤如下。(1)求最小曲率半径Rmin。曲线上任意点的曲率半径为y)y(1R3/22 第5章宏编程技术及其应用图5-2 等步长直线逼近第5章宏编程技术及其应用取dR/dx=0,即0y)y1(yy322 根据)x(fy 求得y、y、y ,并代入上式得 x,再将 x 代入前式求得 Rmin。(2)确定允许的步长 L。由于曲线各处的曲率半径不等,等步长后,最大拟合误差max必在最小曲率半径 Rmin处,因此步长应为 第5章宏编程技术及其应用min2min2minR8)R(R2L(3
11、)计算节点坐标。以曲线的起点为圆心,步长L为半径的圆交于b点,求解圆和曲线的方程组:)x(fyL)yy()xx(22a2a第5章宏编程技术及其应用可求得b点坐标。依次以b,c,为圆心,即可求得c,d,各节点的坐标。由于步长L取决于最小曲率半径,致使曲率半径较大处的节点过密过多,所以等步长法适用于曲率半径相差不大的曲线。3)等误差直线逼近的节点计算等误差法就是使所有逼近线段的误差相等。如图5-3所示,其计算步骤如下。第5章宏编程技术及其应用图5-3 等误差直线段逼近第5章宏编程技术及其应用(1)确定允许误差的圆方程。以曲线起点)y,x(aaa为圆心,为半径作圆,此圆方程式为 22a2a)yy()
12、xx(2)求圆与曲线公切线 PT 的斜率 k。其中,Tx、Px、Ty、Py由下面的联立方程组求解:PTPTxxyyk第5章宏编程技术及其应用(圆切线方程)a2aP2Py)xx(y (圆方程)x(fxxyyTPTPT (曲线切线方程)x(fyTT (曲线方程)aPaPPTPTyyxxxxyy第5章宏编程技术及其应用(4)计算节点坐标。联立曲线方程和弦长方程,即可求得 b点坐标)y,x(bb:)x(fy)xx(kyyaa 第5章宏编程技术及其应用按上述步骤顺次求得c,d,e,各节点坐标。由上可知,等误差法程序段数目最少,但计算较复杂,需用计算机辅助完成。在采用直线逼近非圆曲线的拟合方法中,该方法是
13、一种较好的方法。4)圆弧拟合法圆弧拟合是将曲线用一段段圆滑过渡的圆弧来逼近。因其算法较为繁杂,以下仅简单介绍采用最简近似圆逼近的算法思路。第5章宏编程技术及其应用将曲线等分成(N-1)段,共有N个点的坐标。先用三点定圆的方法计算第1、2、3点近似圆的圆心和初始角,初设一个跨越的点数M,按相切原理计算出第1、M+1点的近似圆圆心和半径,再分别求算2M各点的误差。如果其中任一点的误差超过允差,则令M=M-1,重新进行相切近似圆和各点误差的计算。如此反复计算,直至各点误差均不大于允差,则此近似圆确立。然后以这一近似圆的末点为下一次计算的起点,重新以初设M值跨点按前述方法反复计算,直至曲线全部点计算完
14、成。因等间距直线逼近的算法简单方便,本章宏编程应用例程大多采用此方法处理。第5章宏编程技术及其应用5.2 车削宏编程技术及其应用车削宏编程技术及其应用5.2.1 车削加工的宏编程技术车削加工的宏编程技术数控车削加工编程的对象是简单的二维图形。车削系统已经提供了非常全面的从粗车到精车的各类功能指令,指令格式简单且实用。对于边廓以直线、圆弧为主的常规零件加工,大多采用手工编程的方法。宏编程技术的优势在车削加工中主要表现在非圆曲线边廓的处理上。第5章宏编程技术及其应用FANUC的宏编程只能在非圆曲线轮廓的精车时独立使用,且不能为G71G73的粗车提供参考边廓数据;而HNC精车的程序段若用宏编程,其计
15、算的数据可提供给G71G73作边廓参考依据,这使得HNC的车削宏编程技术更具实用性。使用主、子程序调用的宏编程技术,在调用子程序时可通过宏变量传递参数的功能,易于实现子程序的模块化,整个程序修改起来更简单,程序通用性得到了增强。第5章宏编程技术及其应用5.2.2 车削的宏编程应用实例车削的宏编程应用实例例1 使用宏编程编制加工如图5-4所示抛物线轮廓的精车程序。图5-4 抛物线精车轮廓加工图示抛物线方程为Z10X2此处X为半径值。若X用直径值,则抛物线方程应为Z40X2第5章宏编程技术及其应用图5-4 抛物线精车轮廓加工第5章宏编程技术及其应用编程思路:采用循环程序结构,以Z值为循环变量,循环
16、间距0.1(等间距直线逼近法),按照来计算每一步的X值,Z的取值范围为40Z0。参考程序编写如下(直径编程):第5章宏编程技术及其应用第5章宏编程技术及其应用第5章宏编程技术及其应用例2 利用HNC22T的宏编程技术实现多曲线段车削零件的粗、精加工。如图5-5所示轮廓,各区段分别如下。抛物线段(-UZ0):Z=-4X2;斜线段(-VZ-U);1/4椭圆段(-V+aZ-V):=1;2222bXaZ第5章宏编程技术及其应用圆柱段(-WZ-V+a)。抛物线段拟用等间距直线逼近法,以Z值间距为循环变量,按标准方程求算;椭圆段拟用参数方程求算,以接近等步长直线逼近算法,即以等离心角变化增量为循环变量;直
17、线段就直接算出端点坐标后作直线插补处理。第5章宏编程技术及其应用图5-5 多曲线段轮廓车削第5章宏编程技术及其应用由于HNC22T系统在粗车循环调用的精车程序段中允许使用宏指令,因此本例参照G71粗、精车加工编程思路,用半径编程模式。参考程序如下:第5章宏编程技术及其应用第5章宏编程技术及其应用第5章宏编程技术及其应用程序计算说明如下。抛物线段:由抛物线方程 Z=-4X2得 X=+Z2;斜线段:起点 X 值由抛物线终点来计算,AX=+U2,直线终点坐标为(R1,V);椭圆段:椭圆中心坐标在编程坐标系中的坐标为(V,R1+b),由椭圆参数方程 Z=acos t,X=bsin t 得椭圆动点实际坐
18、标算法为 X=R1+b-bsin t,Z=V+acost 第5章宏编程技术及其应用圆柱段:X=R2,Z向终点为W。HNC22T宏程序编写与调试技巧:(1)轮廓尺寸数据尽可能用变量代替,且将变量初始赋值安排在程序头部,以便于统一修改。(2)由于粗车需多次重复引用精车轮廓的算法获取参考边廓数据,精车的几个轮廓段使用循环求算时,不同类型的循环变量最好不要使用同样的#地址,以免交叉赋值后循环体算法溢出(分母为零或求负平方根)而出现“非法语句”的错误警示。第5章宏编程技术及其应用(3)若赋循环初值的语句安排在精车程序中循环语句之前,则每次引用精车程序时系统都会因为变量值在循环范围之内,认为可能会有其余的
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