王乃彥 閆明璞 上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪廠 (200240)

王乃彥（1980年~），男，工程師，專業(yè)方向?yàn)槠啓C(jī)制造。

0 引 言

在數(shù)控系統(tǒng)中，為方便程序編制，數(shù)控系統(tǒng)提供多種標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，如西門子840D中的銑螺紋循環(huán)CYCLE90()，切槽循環(huán)CYCLE93()等，作為一組基本指令的集合，實(shí)現(xiàn)了一些典型結(jié)構(gòu)的加工。數(shù)控程序編制時(shí)，編程人員并不需要知道固定循環(huán)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和指令，只需要按說(shuō)明填寫相應(yīng)的參數(shù)就可完成程序的編制。標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)簡(jiǎn)化了程序、降低了編程的難度和出錯(cuò)率，增強(qiáng)了數(shù)控程序的可讀性。這些標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)主要使用子程序技術(shù)，參考標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的編程方法，將一些通用性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)使用子程序編程，同樣可以簡(jiǎn)化程序，降低程序編制的難度，提高工作效率，方便數(shù)控程序的管理。

1 子程序技術(shù)

數(shù)控程序編制過(guò)程中，如果零件不同位置具有相同或相似的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），為了簡(jiǎn)化程序，可以把這些重復(fù)的程序段單獨(dú)列出，按一定的格式編寫成子程序。主程序在執(zhí)行過(guò)程中如果需要某一子程序，通過(guò)調(diào)用指令來(lái)調(diào)用該子程序，完成相關(guān)結(jié)構(gòu)的加工。子程序執(zhí)行完后返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序段。使用子程序技術(shù)，不但減少了程序長(zhǎng)度，增加了程序的可讀性，還降低了程序的出錯(cuò)率，方便程序的修改。

圖1 有相同結(jié)構(gòu)的零件

2 帶參數(shù)傳遞的子程序

在加工中，經(jīng)常會(huì)遇到一些典型結(jié)構(gòu)，幾何形狀比較復(fù)雜，尺寸要素較多，加工方法相同或相似，區(qū)別只是位置、尺寸不同。加工這類典型零件時(shí)，數(shù)控程序使用的參數(shù)多、程序復(fù)雜。采用普通子程序編程，加工不同的零件時(shí)，不能直接被調(diào)用，必須對(duì)其中涉及到的尺寸、加工參數(shù)進(jìn)行修改。這樣就增加了子程序調(diào)用的難度，而且容易出錯(cuò)。在子程序技術(shù)中，有一種帶參數(shù)傳遞的子程序技術(shù)，編制的子程序類似于數(shù)控系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，可以把典型結(jié)構(gòu)的加工程序封裝在子程序中，將所有的幾何尺寸、加工參數(shù)等變量以參數(shù)的形式傳遞給該子程序。同時(shí)也可以把一組類似的加工程序封裝在一個(gè)子程序中，把加工方式作為子程序參數(shù)，使用時(shí)根據(jù)需要選擇加工方式。這樣可以減少程序數(shù)量，方便程序管理。

2.1 子程序定義

格式：

PROC PROGRAMNAME(VARIABLENTYP1 VARIABLE1,VARIABLENTYP2 VARIABLE2,…)

PROC：PROC指令，子程序標(biāo)記關(guān)鍵字

PROGRAMNAME：子程序名稱

VARIABLENTYP1：參數(shù)1類型，

VARIABLE1：參數(shù)1名稱,

VARIABLENTYP2：參數(shù)2類型，

VARIABLE2：參數(shù)2名稱，

…

參數(shù)可以是普通的數(shù)據(jù)類型，也可以是數(shù)組。如果是數(shù)組，則必須在數(shù)組類型前加關(guān)鍵字VAR。

注意：帶 PROC 的定義指令必須在一個(gè)獨(dú)立的NC程序段中編程?？梢宰疃嘤?127 個(gè)參數(shù)用于參數(shù)傳送。

子程序定義舉例：

PROC KONTUR(REAL LENGTH, REAL WITH)

N10 …

…

N50 X= LENGTH

N60 Y= WITH

…

N100 M17

子程序以M17或RET結(jié)束。

2.2 子程序調(diào)用

主程序中，在調(diào)用帶參數(shù)傳遞的子程序前，必需用EXTERN指令對(duì)子程序聲明，格式如下：

EXTERN NAME(TYP1, TYP2, …)

NAME：子程序名稱

TYP1：參數(shù)1類型,

TYP2：參數(shù)2類型,

…

聲明子程序時(shí)，參數(shù)類型和順序都必須與定義時(shí)一致，每個(gè)參數(shù)類型都必須填寫，不能省略。

注意：此處只有參數(shù)類型，沒(méi)有參數(shù)名稱。

舉例：

N10 EXTERN KONTUR(REAL, REAL)；聲明子程序

N20 DEF REAL LENGTH,W

N30 LENGTH=10.18

N40 W=3.29

…

N100 KONTUR(LENGTH, W) ；調(diào)用子程序

…

N200 M30

在調(diào)用子程序時(shí)，參數(shù)類型和傳送的順序都必須與子程序定義時(shí)PROC語(yǔ)句中一致。但參數(shù)名稱不一定與子程序定義時(shí)一樣，這里只是把主程序中的相關(guān)數(shù)值（或地址）傳遞給子程序，與參數(shù)名稱無(wú)關(guān)。

3 應(yīng)用

在汽輪機(jī)蒸汽閥門中，有很多大螺距的鋸齒形螺紋(圖2)，因螺距太大，無(wú)法使用普通的螺紋加工方式(車削或銑削)加工。為此專門開(kāi)發(fā)出加工大尺寸鋸齒形螺紋的新技術(shù)解決了大尺寸螺紋的加工，參數(shù)見(jiàn)附表。

圖2 鋸齒形螺紋結(jié)構(gòu)

附表

加工鋸齒形螺紋，主要采用分層切削，利用數(shù)控程序控制螺紋截面輪廓，采用普通菱形車刀多次車削，最終加工出符合圖樣要求的螺紋（見(jiàn)圖3）。

圖3 螺紋加工示意

因螺紋截面輪廓復(fù)雜，其精度和表面粗糙度要求較高。為了提高工作效率和便于編制數(shù)控程序，把整個(gè)加工過(guò)程分解成四部分：粗加工、精加工、圓角加工和倒角加工。粗加工以去除大部分多余材料為主要目的，在機(jī)床和刀具滿足要求的情況下盡可能地加大切削量。但在整個(gè)切削過(guò)程中，每刀的切削狀況不盡相同（比如每層的初始進(jìn)刀和后續(xù)切削工作狀況差別很大），這就要在加工過(guò)程中對(duì)其計(jì)算，調(diào)整切削參數(shù)，以使其切削量盡量均衡。精加工和圓角、倒角加工過(guò)程中，精度和表面粗糙度為關(guān)注要點(diǎn)。刀尖圓弧對(duì)精度和表面粗糙度的影響尤為重要。這就要根據(jù)刀尖所處的位置對(duì)刀尖圓弧的影響進(jìn)行補(bǔ)償。以刀尖圓弧對(duì)加工輪廓的影響為例（見(jiàn)圖4）：P點(diǎn)為刀具對(duì)刀零點(diǎn)，很顯然，刀具切削點(diǎn)與P點(diǎn)不重合，并且其相對(duì)位置關(guān)系隨著切削點(diǎn)的變化在不斷變化。此處圓弧在空間為一螺旋曲面，切削原理與車圓弧不同，因此不能用G41(或G42)刀尖半徑補(bǔ)償。必須在程序中對(duì)P點(diǎn)和刀具切削點(diǎn)相對(duì)位置進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)刀具切削點(diǎn)位置計(jì)算出P點(diǎn)位置，以便程序控制刀具路徑。

圖4 刀尖圓弧對(duì)加工輪廓的影響

因此，在此數(shù)控程序中，有大量的尺寸參數(shù)和加工參數(shù)參與運(yùn)算，并且要運(yùn)用大量的循環(huán)、判斷語(yǔ)句，整個(gè)程序非常復(fù)雜。如果采用普通編程方法，只要螺紋尺寸有所改變，或者加工方式和加工參數(shù)有所改變，程序中大量數(shù)據(jù)都必須相應(yīng)改變。為確保程序正確，在程序編制完成后需試加工，驗(yàn)證程序正確后才能應(yīng)用于生產(chǎn)。

產(chǎn)品中涉及此類螺紋規(guī)格繁多，螺距從5～20mm，螺紋直徑從210～1 000mm不等，既有外螺紋又有內(nèi)螺紋，加工方法無(wú)法統(tǒng)一，車削加工和鏜削加工都會(huì)用到。采用普通方法編程，程序?qū)⑦_(dá)幾十種之多。如對(duì)每種程序都進(jìn)行驗(yàn)證，成本將非常高。結(jié)果是不但工作量大，不便于加工參數(shù)的調(diào)試，而且極易出錯(cuò)。因此采用普通方法編制的程序難以維護(hù)，沒(méi)有通用性。采用普通的子程序技術(shù)，雖然能解決普通編程方法存在的一些問(wèn)題，但對(duì)于主程序和子程序之間存在大量的參數(shù)傳遞的情況，采用普通子程序技術(shù)也存在較大困難。

采用帶參數(shù)的子程序技術(shù)，把螺紋所有幾何尺寸和工藝參數(shù)提取出來(lái)，作為螺紋子程序的參數(shù)，增加相應(yīng)參數(shù)區(qū)分內(nèi)外螺紋、加工方法（直徑編程或半徑編程等）。通過(guò)這種編程方法可以把復(fù)雜的程序封裝在子程序里，在主程序調(diào)用該子程序時(shí)填寫相應(yīng)參數(shù)，即可方便地編制出各種規(guī)格的螺紋加工程序。以下以螺紋的粗加工子程序加以說(shuō)明。

3.1 螺紋粗加工子程序

%_N_rough_SPF

proc rough(real U_Dim,… ,int U_FS) SAVE DISPLOF；子程序定義

def int U_CengShu；變量定義

……

def real U_Feed

IF (U_FS<>-2)and(U_FS<>-1)and(U_FS<>1)and(U_FS<>2)；參數(shù)檢查

MSG("U_FS 參數(shù)賦值錯(cuò)誤")

GOTOF MARK_1

ENDIF

……

U_ThStart=U_ThStart-U_zFinallow；數(shù)據(jù)運(yùn)算

……

U_CengShu=U_StartDNum

Begin_0：；層切循環(huán)

U_N=U_Width/U_zFeed

……

MSG("正在切削第"<

U_CengShu=U_CengShu+1

Begin_1：；每層開(kāi)始切口循環(huán)

U_Depth=U_Depth+U_pDepth

……

REPEAT Begin_1 P=U_xNum

IF U_Num<0 GOTOF MARKE_0

Begin_2：；每層切削循環(huán)，包含運(yùn)算、選擇執(zhí)行語(yǔ)句

U_ThStart1=U_ThStart1-U_Feed

……

REPEAT Begin_2 P=U_Num

MARKE_0:

……

MSG()

MARK_1:

M17

3.2 子程序說(shuō)明

rough(real U_Dim,…,int U_FS)

U_Dim：螺紋底孔(外圓)直徑

……

U_FS：加工方式 -2：直徑編程，內(nèi)螺紋；-1：半徑編程，內(nèi)螺紋；1：半徑編程，外螺紋；2：直徑編程，外螺紋

在子程序后應(yīng)附該程序的使用說(shuō)明以及特殊要求（如參數(shù)賦值范圍等），以便其他人在不用了解子程序內(nèi)部詳細(xì)信息的情況下就能直接調(diào)用，便于數(shù)控程序的共享。

3.3 主程序

%_N_NS650x20_MPF

Extern rough(real,real,real,real,real,real,real,real,real,int,int,real,real,real,real,int,int);子程序聲明，如沒(méi)有此聲明，子程序不能被正確調(diào)用

G90 G18

G54 G00 T1 D1

X800 Z100

M3 S15

rough (650,20,0,-250,10.5,15.5,45.25,20,10,20,1,0.2,0,0.2,0.9,5,2) ；粗加工子程序調(diào)用

G00 X800 Z100

M05

M30

4 其他常用指令

為了避免因調(diào)用子程序?qū)е履B(tài)G功能值的改變，導(dǎo)致后續(xù)程序產(chǎn)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤，應(yīng)在PROC指令結(jié)束處添加SAVE指令。此指令的工作過(guò)程是在調(diào)用子程序前，將G功能的值暫時(shí)保存起來(lái)。調(diào)用子程序結(jié)束后，返回主程序（或調(diào)用此子程序的子程序）后，將G功能的值恢復(fù)到調(diào)用前的狀態(tài)。比如子程序中用G90或G91改變了絕對(duì)坐標(biāo)或相對(duì)坐標(biāo)狀態(tài)時(shí)，不用SAVE指令，子程序結(jié)束返回主程序后將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

在子程序經(jīng)過(guò)調(diào)試、驗(yàn)證無(wú)誤后，可在PROC指令結(jié)束處添加DISPLOF指令，使程序在運(yùn)行時(shí)不顯示子程序內(nèi)部的程序段。這可使加工程序在運(yùn)行時(shí)操作界面顯得非常簡(jiǎn)潔（見(jiàn)圖5）。

加工過(guò)程中的重要信息可通過(guò)MSG指令在屏幕上方顯示出來(lái)，適當(dāng)?shù)厥褂么酥噶羁墒共僮魅藛T及時(shí)、準(zhǔn)確地了解加工狀態(tài)和加工進(jìn)度，增強(qiáng)程序執(zhí)行的透明度。如上述例子中顯示加工到第幾層。

圖5 程序運(yùn)行界面

5 結(jié)論

通過(guò)帶參數(shù)的子程序技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)典型結(jié)構(gòu)加工的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，方便程序的修改和優(yōu)化。編程人員開(kāi)發(fā)出子程序，編寫出此子程序的使用說(shuō)明，其他人就可以根據(jù)說(shuō)明直接使用此子程序，只需要填寫子程序需要的參數(shù)，而不需了解子程序的工作原理及工作過(guò)程。從而避免了編程錯(cuò)誤，降低程序測(cè)試成本，降低了編程人員的工作強(qiáng)度，大大提高工作效率。