基于宏程序的数控车削加工流程图设计

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Design of CNC Flow Chart Based on Macro ProgramFENG Dapeng(Foshan University，Foshan Guangdong 528000，China)AbstraCt：The basic structure of CNC flow chart was described.From the programming point of view，design methods of the flowcharts were probed by examples. It helps to understand the programming way and to design a macro program by use of the flow chart。

Keywords：NC machining；Flow chart；Multiple nested loops；Macro program宏程序在复杂轴类零件加工中的应用越来越广泛。宏程序具有灵活、通用和智能的特点。宏程序编写体现出设计人员工艺设计水平和编程能力，要求设计者不但要具备基本机械工艺数控编程知识，还要有深厚的数学建模和计算机语言知识 ，这无疑增加宏程序编写难度。而在数控编程加工领域，具有上述综合知识和能力的-线工程技术人员并不多。为此 ，可以借助-定的方法来提高技术人员的宏程序编程设计能力，程序流程图就是其中的方法之-。无论采用哪-种数控系统软件，不论是富有经验的设计人员还是刚刚涉及宏程序的新手，都可以采用程序流程图作为设计和检查宏程序的依据。对于复杂零件的编程，流程图的指导作用更是必不可少。如果能对流程图的设计及其对宏指令编程的指导作用分析透切，将使设计者少走弯路，有助于编程人员顺利编出准确合理的宏程序。

流程图是程序设计者对解决零件加工工艺问题的方法、思路或算法的-种描述，和-般的程序流程图相比，数控加工流程图具有-般流程图的基本结构：顺序、选择、循环。其中，循环结构是较为复杂的-种结构，数控加工所有的程序都离不开循环。由于数控加工的特点 ，加工循环又呈现出多样性和复杂性。

因此，在研究宏程序流程图设计方法时，可从分析循环结构人手，探讨数控加工流程图的构成及变化规律。

1 数控加工流程图设计的基本方法数控加工流程图设计的基本方法是根据加工工艺路线，提取出变量，根据变量变化规律，建立循环体并确定循环流出条件。

1.1 变量的提取不同的数控系统所定义的变量含义较广，从程序设计角度来看，变量不过是程序中数据的I临时存放场所，是可以改变的数，需要通过赋值或代入方法来确定。在设计流程图时，变量的选择撒于加工工艺的需要，这就需要将零件加工路线列出来，分清楚哪些是程序编制过程中的变量，哪些是常量。-般来说，变量主要有以下几类：切削余量变量，-般以单向递减的形式出现，如果是复合循环指令内含宏程序 ，变量就会以指令所指定的切深递减的形式表现出来 ；数学函数上的自变量，也是以递减或递增的形式出现的。有-些变量并不以增量形式变化，仅用于传递参数 ，如当宏表达式复杂时，出现用于过渡的 中间变量。另外-些变量是用于控制加工精度、调整工艺参数 ，如步距变量、切削速度、切深变量，这些变量的形成与加工工艺有密切关联。

1.2 单循环结构的流程图设计单循环由以下要素构成 ：初始化；增量；条件表达式。初始化就是对循环控制变量赋初值 ；增量就是定义循环控制变量每循环-次后，按什么方式变化；条件表达式用于决定什么时候退出循环。在应用流程图设计宏程序时，循环结构可以用 if语句与条件表达式联合表示，也可以用while语句与条件表达式联合表示，其含义与-般程序设计中的循环语句类似，收稿 日期：2012-01-06作者简介：冯大鹏 (1957-)，男，高级工程师，主要研究方向为数控加工。E-mail：fsfdp###126.COrn。

· 54· 机床与液压 第 4l卷设计者可根据需要来决定使用哪-种方式。

从单循环的结构可以看出，循环实质上是指变量以增量方式变化，达到设定条件后就退出循环。单循环主要用于-些特殊加工，如切 (二槽和切断。

例如 ，切断直径为 d的轴，采用间歇进刀方式，其切削速度与被加工直径成正比。这种切断模式有利于保持合理的切断速度 ，防止切断时出现的切削后角突然加大的现象。

采用单循环 ，其中变量 d反映了直径递减变化状态，变量，反映了切削速度随被加工直径减少而变小的规律。单循环基本模式见图 1。

1.3 两重嵌套循环流程图设计1.3.1 两重嵌套循环的基本模式和，赋初值二[ 刀具运动到起点二二[ 直线插补图 1 单循环基本模式- 个循环语句的循环体内包含另-个完整的循环结构，称为循环嵌套。-个程序中宏循环嵌套最多三重，不过数控加工多采用两重嵌套循环，用于粗加工流程。

在两重循环中，外循环的变量-般为切削余量变量，由于大多数零件的廓形都可以通过建立数学模型，用基本函数的形式表示出来，因此，内循环-般为函数 自变量增量变化，通过方程变换得 出因变量，计算出刀具插补运动坐标 ，其轨迹符合加工路线要求。自变量的取值范围根据加工零件的尺寸来选定，在流程图上，用赋初值作为变量取值的开始，用条件判断语句结束循环。

在两重循环的基本模式 (图2)中，外循环包含- 个内循环。作为结束循环的测试，内循环和外循环各含有-个条件判断结构，以此确定变量的变化范围或取值条件。

图2 两重循环的基本模式在工程实践上，由于H-vI艺需要 ，有多种变化形式。

1.3.2 嵌套循环中内循环的串联设计- 个外层循环体中可以包含多个内层循环结构，即为内循环串联。

图3所示零件分别由非圆曲线A和B组成 ，如果以单-方向作为自变量进行增量循环 ，无论对于曲线A或蛆线B而言，自变量的变化幅度太大，导致零件表面粗糙度相差较大，加工质量不佳。为解决这-问题，在设计流程图时，曲线A以 为自变量，曲线 B以z为自变量，在同-外循环中，自变量与因变量进行互换。因此，在这种 自变量互换的内循环中，结束循环的判断条件分别是 和。坐标，此时，流程图见图4。

图3 实例零件-图4 内循环串联的基本模式-加工图5所示指数型超声变幅杆时，AB段曲率变化较快 ，对放大性能影响较敏感，无论是粗加工还是精加工都需要较小步距和进给速度；而加工BC段时，为避免数控系统计算量加大，影响速度的提升和加工效率 ，需要采用较大的步距和进给速度。因此 ，在进行同-路线切削时，分段采用两种步距和进给速度，BC段采用较大的步距 ，而AB段采用较小的步距。点 坐标要预先根据曲线斜率变化及实验数据设 置，其 流程图两重循环还 见图6。 图5 实例零件二C第 4期 冯大鹏：基于宏程序的数控车削加工流程图设计 ·55·图6 内循环串联的基本模式二当内循环串联时，第-个内循环的流出应指向另- 个内循环的起点 ，此时应注意防止刀位的突变，并与加工工艺相符。

1.3.3 复合循环指令中的内循环设计这是嵌套循环的另-种表达方式。其中，宏程序作为-种内循环 ，而外循环由复合循环指令控制 ，如G71。通过对流程图的分析，这是-种特殊的两重嵌套循环，适合用于部分数控系统上，如华中数控系统，其中复合循环指令 GT!承担了类似于外循环的功能，此时，内循环的运动不限于作平行于z轴的进给运动。循环开始赋值是开始段号，转跳条件是结束段号，见图7。

1.3.4 内循环的流出设计- 般来说，内循环到达曲线终点，插补完成，需要回到下-层继续加工。

在流程图设计中，必然会遇到控制循环次数的问题，否则循环程序将无法结束，即陷入 死循环”。

通常采用条件控制办法，这种条件控制语句可能有-个 ，也可能有多个 ，并按-定顺序出现。其出现原因有以下几种 ：(1)工艺参数的变换，包括步距、进给速度等。

同时出现的多个条件控制语句在逻辑上存在着或”的关系，即只要达到条件之-即可跳出内循环。因此，其出现顺序应符合编程人员的设计需要。

啬 。 ( 结束 )图7 复合循环指令中的内循环设计例如，加工双曲线轮廓零件，其直径单调增加，材料毛坯为等径轴。

由于宏程序形成的刀路实际上是等距线，与毛坯形状相差大 ，为了避免空程走刀，循环中设置了提前转跳条件--循环控制直径，如果刀位超出该直径，则提前结束循环 ，转入下-层加工 ，其粗加工流程图见图8。

丽 i(Y刀具运动到起点Nl 切 削余 量变 量 递减[塑堕四 [玉至口 . 土 。

1 塑![垩塾 l[塑堕匦]别余Y(垫三堕壅)图8 内循环的流出设计示例(下转第5页)第 4期 王玉琳 等：汽车动力转向油泵试验台触摸屏人 -机界面设计 。5·表2中转速的最大误差为 0.67%，压力的最大误差为2%，均在试验大纲所规定的 ±5%的范围之内。该汽车动力转向泵试验台人 -机界面不仅操作简便，而且能保证控制的精度。

3 结束语由于对设备的智能化程度要求越来越高，对操作性的要求也越来越高，触摸屏触控操作简单、便捷、人性化，有望成为人机互动的最佳界面并迅速普及。

文中介绍的汽车动力转向泵试验台人 -机界面使测试试验操作更为简便化和 自动化，实现各项测试数据实时监测和修改，提高了测试精度和工作效率。通过组态软件修改触摸屏界面，该方案就可移植到其他系统中，具有-定的推广应用价值。