吳義榮，盧 勇，楊 俊，邱澤豐

（1.中山邁雷特數(shù)控技術(shù)有限公司，廣東中山 528437；2.廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院，廣州 510430）

0 引言

數(shù)控編程是數(shù)控加工中非常重要的環(huán)節(jié)，常用的有手工編程和自動編程兩種方式。手工編程要求操作人員熟練掌握數(shù)控編程語言，編程效率低，容易出錯。隨著數(shù)控機床應(yīng)用的普及，如何降低數(shù)控系統(tǒng)的編程難度，提升編程效率就成為了實際操作中的客觀需求[1-2]。因此，研究一種免編程的設(shè)計方案具有非常重要的實用價值。

本文以中山邁雷特數(shù)控技術(shù)有限公司開發(fā)的MLT980Ma銑床數(shù)控系統(tǒng)[3]為基礎(chǔ)進行免編程鉆攻系統(tǒng)開發(fā)，如圖1所示，MLT980Ma 最多可控制5 個進給軸、2個主軸，最小分辨率0.1 μm，具備1 路USB-HOST 接口。該系統(tǒng)具備通用鉆銑床系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)G 代碼，可實現(xiàn)鉆、銑、鏜以及攻絲等控制。同時支持宏程序功能、內(nèi)置式軟PLC 功能及IO 接口功能的二次開發(fā)等。該系統(tǒng)功能豐富、性能穩(wěn)定，為當(dāng)前市場的主流應(yīng)用產(chǎn)品。

圖1 MLT980MDa外觀

1 傳統(tǒng)鉆攻功能的實現(xiàn)

鉆銑床數(shù)控系統(tǒng)中常用ISO 標(biāo)準(zhǔn)G 代碼編程，針對不同的鉆攻需求定義不同的指令格式，如表1所示。

表1 常用鉆攻功能指令

利用G 代碼，以及不同的指令格式，在數(shù)控系統(tǒng)中編制對應(yīng)G 代碼程序，實現(xiàn)鉆攻功能。本文以G81 為例說明利用G代碼進行普通鉆孔的編程方法。

G81普通鉆孔指令格式如下：

G98∕G99 G81 X_Y_R_Z_F_

指令各參數(shù)說明如表2所示。

表2 G81指令參數(shù)功能

根據(jù)不同的指令參數(shù)，可以實現(xiàn)不同的加工軌跡，從而適應(yīng)不同的加工要求。根據(jù)G81 的指令格式，可實現(xiàn)兩種不同的軌跡形式。如圖2、圖3所示。

圖2 G98快速返回至初始平面加工軌跡

圖3 G99 快速返回至R 平面加工軌跡

根據(jù)G81 指令格式，編制下表3程序可以完成鉆孔功能，鉆孔示意圖如圖4所示。

圖4 加工示意圖

表3 鉆孔加工CNC程序

2 免編程鉆攻數(shù)控系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)以上傳統(tǒng)G代碼鉆攻編程方法，通過歸納總結(jié)，不同的G 代碼數(shù)據(jù)代表不同的孔加工方式，不同的X、Y、Z 以及R 代碼數(shù)據(jù)代表加工位置，F(xiàn) 代碼數(shù)據(jù)代表速度。因此考慮借用MLT980Ma 的宏變量功能來指代各代碼后面的數(shù)據(jù)，從而簡化鉆攻加工的編程。

根據(jù)宏變量指代代碼數(shù)據(jù)的思路，基于MLT980Ma的基本功能，開發(fā)組態(tài)界面，引入圖參式輔助編程思想[4-6]，最終實現(xiàn)免編程。操作人員只需在相關(guān)頁面中按提示選擇、輸入相關(guān)的孔型參數(shù)及工藝數(shù)據(jù)后，即可完成線性孔、圓弧孔、錯位孔等常見孔型的鉆、鏜及攻絲等自動加工功能。為方便配置，每一種孔類型對應(yīng)一個專用頁面?？傮w界面結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 總體界面結(jié)構(gòu)

2.1 總體方案

為了實現(xiàn)免編程功能，在設(shè)計過程中需要利用宏程序變量引用編程數(shù)據(jù)，同時編程數(shù)據(jù)需要能夠在界面靈活輸入。因此，在軟件設(shè)計過程中主要包括不同孔型的宏編程處理以及組態(tài)界面開發(fā)兩部分。宏編程處理包括變量規(guī)劃，控制流程設(shè)計等。組態(tài)界面開發(fā)主要完成軟件底層界面模塊設(shè)計，組態(tài)工具軟件的開發(fā)，實現(xiàn)不同孔類型的專用頁面數(shù)據(jù)編輯，完成類型選擇、孔參數(shù)據(jù)及加工工藝數(shù)據(jù)等的選擇及輸入。

2.2 變量規(guī)劃

為便于專用頁面設(shè)計，根據(jù)MLT980Ma 中相關(guān)指令格式參數(shù)、加工工藝數(shù)據(jù)以及定義孔型數(shù)據(jù)等，對變量進行了規(guī)劃。主要分為孔尺寸參數(shù)、工藝參數(shù)、孔型選擇參數(shù)、加工方式選擇參數(shù)、返回平面選擇參數(shù)及其他參數(shù)等6 大類。同時，為了相關(guān)數(shù)據(jù)在斷電后仍能被記憶，采用了非易失性的宏變量，如表4所示。

表4 變量規(guī)劃表

2.3 程序控制設(shè)計

程序控制設(shè)計是免編程鉆攻系統(tǒng)的控制核心，分為主程序模塊和各子程序模塊，主程序模塊完成數(shù)據(jù)狀態(tài)的初始化、數(shù)據(jù)合法性檢測及各子模塊的調(diào)度。子程序模塊實現(xiàn)各孔型的控制執(zhí)行，包含線性孔處理模塊、圓弧孔處理模塊、環(huán)形孔處理模塊、棋盤孔處理模塊、錯位孔處理模塊及異常處理模塊6 大模塊[7-8]。程序控制流程如圖6所示。

圖6 程序控制流程

2.3.1 各模塊的規(guī)劃

基于前述的流程規(guī)劃，對各程序模塊功能進行了表5所示的規(guī)劃。

表5 程序（模塊）規(guī)劃表

2.3.2 主程序模塊

主程序模塊的文件名為O0001.CNC，完成數(shù)據(jù)狀態(tài)的初始化、數(shù)據(jù)合法性檢測及各子模塊的調(diào)度。其程序主要框架內(nèi)容如下：

O0001（主程序模塊）

#113=#0（變量初始化）

#114=#0（變量初始化）

#115=#0（變量初始化）

#116=#0（變量初始化）

…

…

#100=#4001（第1組G代碼模態(tài)保存）

#101=#4002（第2組G代碼模態(tài)保存）

#103=#4005（第3組G代碼模態(tài)保存）

#104=#4007（第7組G代碼模態(tài)保存）

#105=#4014（第14組G代碼模態(tài)保存）

#106=#4016（第16組G代碼模態(tài)保存）

#107=#4109（F代碼模態(tài)保存）

#108=#4119（S代碼模態(tài)保存）

#109=#4120（T代碼模態(tài)保存）

IF[#520 EQ 3]THEN#113=1

IF[#520 EQ 4]THEN#114=1

IF[[#113 OR#114]NE 1]GOTO101（主軸旋向數(shù)據(jù)非法檢測，若非法，則報警提示）

IF[#524 EQ 98]THEN#115=1

IF[#524 EQ 99]THEN#116=1

IF[[#115 OR#116]NE 1]GOTO102（返回平面選擇數(shù)據(jù)非法檢測，若非法，則報警提示）

…

…

IF[#530 EQ 1]GOTO1（如果當(dāng)前選擇了線性孔加工，則跳轉(zhuǎn)至線性孔處理模塊）

IF[#530 EQ 2]GOTO2（如果當(dāng)前選擇了圓弧孔加工，則跳轉(zhuǎn)至圓弧孔處理模塊）

IF[#530 EQ 3]GOTO3（如果當(dāng)前選擇了環(huán)形孔加工，則跳轉(zhuǎn)至環(huán)形孔處理模塊）

IF[#530 EQ 4]GOTO4（如果當(dāng)前選擇了棋盤孔加工，則跳轉(zhuǎn)至棋盤孔處理模塊）

IF[#530 EQ 5]GOTO5（如果當(dāng)前選擇了錯位孔加工，則跳轉(zhuǎn)至錯位孔處理模塊）

GOTO6（如果當(dāng)前孔型非線性孔、圓弧孔、環(huán)形孔、棋盤孔、錯位孔中的一種，則進入異常處理模塊）

N1 M98 P9001（進入線性孔處理模塊）

GOTO100

N2 M98 P9002（進入圓弧孔處理模塊）

GOTO100

N3 M98 P9003（進入環(huán)形孔處理模塊）

GOTO100

N4 M98 P9004（進入棋盤孔處理模塊）

GOTO100

N5 M98 P9005（進入錯位孔處理模塊）

GOTO100

N6 M98 P9006（進入異常處理模塊）

…

…

N100

G[FUP[#100]]（第1組G代碼模態(tài)恢復(fù)）

G[FUP[#101]]（第2組G代碼模態(tài)恢復(fù)）

G[FUP[#103]]（第3組G代碼模態(tài)恢復(fù)）

G[FUP[#104]]（第7組G代碼模態(tài)恢復(fù)）

G[FUP[#105]]（第14組G代碼模態(tài)恢復(fù)）

G[FUP[#106]]（第16組G代碼模態(tài)恢復(fù)）

F#107（F代碼模態(tài)恢復(fù)）

S#108（S代碼模態(tài)恢復(fù)）

T[FUP[#109]]（T代碼模態(tài)恢復(fù)）

M30（主程序結(jié)束）

N101 G65 H99 P1(∕主軸旋向未指定或指定值錯誤)

N102 G65 H99 P2(∕返回平面選擇未指定或指定值錯誤)

…

…

2.3.3 線性孔處理程序

線性孔處理程序名為O9001.CNC，其根據(jù)選擇的加工方式，進入對應(yīng)的處理子模塊進行加工控制。程序如下：

O9001（線性孔處理模塊）

M#520 S#521(啟動主軸，置主軸速度)

G0 X#500 Y#501(快速定位至線性孔加工起點)

IF[#519 EQ 81]GOTO81(若加工方式為普通鉆孔，則跳轉(zhuǎn)至普通鉆孔處理)

IF[#519 EQ 85]GOTO81(若加工方式為鏜孔循環(huán)，則跳轉(zhuǎn)至鏜孔循環(huán)處理)

IF[#519 EQ 82]GOTO82(若加工方式為鏜階梯孔，則跳轉(zhuǎn)至鏜階梯孔處理)

IF[#519 EQ 73]GOTO83(若加工方式為高速深孔加工，則跳轉(zhuǎn)至高速深孔加工處理)

IF[#519 EQ 83]GOTO83(若加工方式為深孔加工，則跳轉(zhuǎn)至深孔加工處理)

IF[#519 EQ 74]GOTO84(若加工方式為正向攻絲，則跳轉(zhuǎn)至正向攻絲處理)

IF[#519 EQ 84]GOTO84（若加工方式為反向攻絲，則跳轉(zhuǎn)至反向攻絲處理)

IF[#519 EQ 76]GOTO87（若加工方式為精密鏜孔，則跳轉(zhuǎn)至精密鏜孔處理)

IF[#519 EQ 87]GOTO87（若加工方式為孔底停鏜，則跳轉(zhuǎn)至孔底鏜處理)

N81 G#524 G#519 X#509 Y#510 Z#502 R#503 L#511 F#522

GOTO999

N82 G#524 G#519 X#509 Y#510 Z#502 R#503 P#523 L#511 F#522

GOTO999

N83 G#524 G#519 X#509 Y#510 Z#502 R#503 Q#515 L#511 F#522

GOTO999

N84 G#524 G#519 X#509 Y#510 Z#502 R#503 Q#515 L#511 F#517

GOTO999

N87 G#524 G#519 X#509 Y#510 Z#502 R#503 Q#516 P#523 L#511 F#517

GOTO999

N999 G80(退出循環(huán)模態(tài))

M5 S0(停主軸)

M99(返回總調(diào)度模塊)

2.3.4 其他模塊處理程序

圓弧孔、圓環(huán)孔、棋盤孔、錯位孔及異常處理程序的框架與線性孔基本一致，受限于篇幅，此文對處理程序不做詳細描述。

2.4 組態(tài)界面設(shè)計

根據(jù)實際需求，通過PC端組態(tài)工具TPKDesigner[9]進行組態(tài)界面的設(shè)計。首先在PC 端根據(jù)需求及變量規(guī)劃，確定了以各孔型為子功能菜單，各頁面以圖形、控件相結(jié)合的方式進行組態(tài)設(shè)計[10]。再通過USB 設(shè)備導(dǎo)入到MLT980Ma系統(tǒng)中。組態(tài)界面總體規(guī)劃布局[11]如圖7所示。

圖7 各角度下單位體積混合能與混合時間關(guān)系

圖7 組態(tài)界面總體規(guī)劃布局

2.4.1 加工孔類型選擇項設(shè)計

為便于選擇、區(qū)分，當(dāng)前加工孔型設(shè)計采用了“組合框”+“分組框”控件組合方式[12]。加工孔類型選擇項組態(tài)定制過程如圖8所示，實際呈現(xiàn)效果如圖9所示。

圖8 加工孔類型選擇組態(tài)定制過程

圖9 實際呈現(xiàn)效果

2.4.2 加工方式選擇∕返回平面選擇項設(shè)計

加工方式有鉆孔、鏜孔及攻絲等大類，返回平面選擇有返回初始平面、返回R 平面等兩種選擇。因此，組態(tài)界面設(shè)計時采用了“單選框”+“分組框”控件組合方式。

2.4.3 孔參∕其他參數(shù)∕工藝參數(shù)項設(shè)計

孔參、工藝參數(shù)及其他參數(shù)類數(shù)據(jù)，實際使用中會設(shè)定、修改，因此，組態(tài)界面設(shè)計時采用了“輸入框”+“分組框”控件組合方式。

2.4.4 常用孔參∕加工工藝參數(shù)快捷軟功能鍵設(shè)計

對于加工過程中經(jīng)常要更改的孔型數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)，專門組態(tài)定制了快捷軟功能鍵，便于操作人員修改配置?？旖蒈浌δ苕I組態(tài)定制過程如圖10所示，實際呈現(xiàn)效果如圖11所示。

圖10 快捷軟功能鍵組態(tài)定制過程

圖11 快捷設(shè)置實際效果

組態(tài)界面完成后實際呈現(xiàn)的頁面效果如圖12～17所示。

圖12 免編程鉆攻系統(tǒng)菜單頁

圖13 線性孔

圖14 圓弧孔

圖15 環(huán)形孔

圖16 棋盤孔

圖17 錯位孔

2.5 設(shè)計方案的界面展示

通過組態(tài)工具配合數(shù)控系統(tǒng)的程序設(shè)計，可定制出不同孔型的專用界面，在各界面中，根據(jù)實際的加工需求，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，啟動運行即可完成零件的自動加工。整個過程無須編程，提高了編程便利性，降低了編程難度，提升了數(shù)控系統(tǒng)的綜合性能。該免編程鉆攻系統(tǒng)已在客戶處成功應(yīng)用，目前一直在可靠穩(wěn)定運行，圖參化輔助編程的設(shè)計思想得到了用戶的認(rèn)可。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)傳統(tǒng)G 代碼進行鉆攻編程的應(yīng)用出發(fā)，通過歸納G 代碼編程特點，結(jié)合MLT980Ma 鉆銑床數(shù)控系統(tǒng)宏變量功能，總結(jié)歸納出利用圖形界面參數(shù)指定的一種免編程鉆攻設(shè)計方法?？梢酝ㄟ^僅設(shè)置圖形參數(shù)，而不用編程即可完成鉆攻加工。此思路可以方便快捷地完成各專用鉆攻加工界面設(shè)計，顯示直觀、操作便捷，降低了操作人員的工作難度和出錯率，提高了工作效率。不僅適合文中提及的線性孔、圓弧孔、棋盤孔等孔型的鉆孔、鏜孔及攻牙等孔型零件的加工，也適用于數(shù)控機床的其他各種專用加工應(yīng)用中，此種免編程鉆攻加工設(shè)計方法在實際數(shù)控系統(tǒng)中得到了驗證，具有實用價值。