淺談數控車床宏程序的編寫技巧

李明山，徐 懇

徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221004

1 概念

在數控機床編程指令系統中，有一類功能非常強大，同時理解、掌握起來也比較困難的高級編程指令——用戶宏程序指令。區別普通的NC程序語言，用戶宏程序的編程思想基礎是“批處理”的概念，他的最大特點是：使用變量，可以對變量進行運算,使程序應用更加靈活方便。雖然子程序對編制相同加工操作的程序有用，但用戶宏程序由于允許使用變量運算和邏輯運算以及條件轉移，使編制相同加工操作的程序更加方便、更容易，可將相同加工操作編為通用程序（如固定加工循環用戶宏程序），使用時用一條簡單指令調出就可以了。

正是因為用戶宏程序具有上述特點，使它在理解、使用和教學中成為一個難點。同樣，如果能牢牢把握住這些特點，使用起來便會得心應手，使編程變得更加簡潔，既可節省編程及輸入程序的時間，又能提高生產效率，也可減少程序所占有的內存空間。在教學中，通過用戶宏程序編程和普通程序的對比講解，可使用戶宏程序教學內容變得簡單明了，通俗易懂。

2 用戶宏程序特點

下面以FANUC Series oi Mate-TB數控車床為例對用戶宏程序的特點分別予以闡述。

2.1 變量與運算

普通加工程序直接用數值指定G代碼的移動距離：例如，G01 X100.0。使用用戶宏程序時，數值可以直接指定或用變量指定。當用變量時，變量值可用程序或用MDI面板上的操作改變，并可實現運算如：#1=#1+0.5。

2.2 批處理

普通程序所解決的是某一個特定的具體的零件；而用戶宏程序所要解決的是同一類型的所有的零件，也就是所謂的要“成批”解決。

2.3 跳轉語句

這也是掌握宏程序的難點所在。同樣，正是因為程序具有了這種特殊功能，使得宏程序在解決許多普通程序語句不能解決的問題上具有明顯優勢。

程序格式：IF [條件表達式]GOTO n

說明：

1）如果條件表達式的條件得以滿足，則轉而執行程序中程序序號為n 的相應操作，程序段號n可由變量或表達式替代;

2）如果表達式中條件未滿足，則順序執行下一段程序；

3）如果程序作無條件轉移，則條件部分可以被省略。

例如：下面程序可實現車削外圓面

O9001

?

3 用戶宏程序編程技巧分析

數控車床宏程序的編寫就是用直線或圓弧連接若干點來逼近曲線，關鍵在于：1）合理選擇變量；2）正確表述點坐標；3）遵循正確的編程格式。

3.1 技巧分析

數控車床上非圓曲線宏程序的編寫難點在于坐標點數學表達式的求解。本人結合工作經驗，總結出“六步法”編寫非圓曲線程序段，表述如下：

第一步：選定自變量，擬訂初始值；本步只牽扯數學表達式，自變量結合數控車床特點，一般選取與Z 軸平行軸。

第二步：根據數學方程，得出因變量表達式。

第三步：根據位置關系，得出X與Z 坐標表達式；本步主要根據方程原點平移或旋轉得出。

第四步：實現插補；數控加工中刀具的移動，主要由指令完成。本步可采用直線插補或圓弧插補。

第五步：根據實際情況，實現自變量變化。

第六步：條件判斷，實現跳轉；最終實現曲線的加工編程。

3.2 例題分析

以橢圓曲線為例，橢圓曲線除了采用公式“X2/a2+ Y2/b2=1”(其中a和b為半軸長度)來表示外，還可采用極坐標來表示。應注意橢圓上的極角與幾何角度的區別，在推導任意點B（XB，YB）點坐標時，用的變量是極角θ，推導如下：

如果采用直角坐標系，以XB為變量，則推導公式如下：

3.2.1 極坐標系下的曲線程序編寫

以此為例，演示用宏程序表述曲線如下：#1=0; 選定自變量N10 #2=20*COS[#1]; X坐標#3=20*SIN[#1]-20; Z坐標G01 X[#2]Z[#3]F0.15; 插補

#1=#1+1 ； 自變量變化

IF[#1LE90]GOTO10; 條件判斷，實現跳轉

3.2.2 直角坐標系下的曲線程序編寫

如果圖形變換為圖2時，程序為：

#1=15; 選定自變量N10 #2=#1-15; Z坐標

#3=20*SQRT[1-#2*#2/400]; X坐標

G01 X[#2]Z[#3]F0.15; 插補

#1=#1-0.1 ； 自變量變化

IF[#1GE0]GOTO10; 條件判斷，實現跳轉

4 其它非圓曲線、橢圓的加工

對于其它類型的非圓曲線如雙曲線、拋物線等加工，可以按照上面橢圓加工的例子進行加工，所不同的僅僅是把數值和曲線的方程改變即可。在上例中，如果把具體的數值用變量代替，如橢圓的長、短軸等，將宏程序字段寫成一個類似子程序的程序，就可以解決所有橢圓加工的問題。

需要注意的是，利用宏程序編程時，變量的選取非常重要，宏程序加工起點的位置與變量的方向和數值緊密相關。

5 結論

總之，宏程序指令適合橢圓、雙曲線、拋物線等沒有插補指令的非圓曲線的編程；適合圖形一樣，尺寸不同的系列零件的編程；適合工藝路徑一樣，只是位置數據不同的系列零件的編程。運用宏程序指令，可大大簡化程序，提高手工編程的效率；拓展數控機床手工編程應用范圍，提高機床的使用性能。在生產中還可配合G73指令使用，可提高我們的生產效率，加工出普通機床、普通指令難以加工出來的零件。

[1]FANUC Seies oi Mate-TB操作說明書.

[2]沈建峰.數控車床技能鑒定考點分析和試題集萃.化學工業出版社，2007，7.