淺談宏程序編程

摘 要：隨著現代制造技術的發展和數控機床的日益普及，數控加工得到廣泛的應用，越來越多的人正在學習和使用數控編程。目前在我國的數控行業中，對于簡單的二維加工編程，大多數人習慣使用手工編程（這里所指的手工編程實際是指普通程序編程），而對于曲面類的零件加工一般都是使用自動編程（此處所指的自動編程主要是指CAD/CAM軟件自動編程）來實現的，而使用宏程序編程的人少之又少，甚至有人根本不知道。那么宏程序是什么呢？宏程序到底有什么作用呢？本文就此問題進行討論。

關鍵詞：普通程序編程 宏程序編程 CAD/CAM軟件編程

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0013-02

1 數控編程的種類和概念

數控編程一般分為兩類：即手工編程和CAD/CAM自動編程，采用哪種編程方法應根據具體的零件加工形狀的難易程度而定。

1.1 手工編程

手工編程就是從分析零件圖樣、確定加工工藝過程、數值計算、編寫零件加工程序單、程序輸入數控系統到程序校驗都由人工完成。手工編程又可分為普通程序編程和宏程序編程。所謂普通程序編程，其實是相對于宏程序編程而言的，它是大多數人經常使用的手工編程方法，這種編程方法是使用ISO代碼或其它標準代碼指令編程，每個代碼的功能是固定的，由系統生產廠家開發，使用者只需也只能按照規定編程，所有的參數坐標都是事先定好的。但有時候這些固定格式的指令不能滿足用戶靈活的需求，如圖1所示的孔系，如果加工時孔的數量、分布直徑等隨時依據情況變化時，使用固定坐標的程序顯然不夠靈活。因此，數控系統提供了用戶宏程序，使編程更具靈活性。

1.2 CAD/CAM自動編程

CAD/CAM自動編程也叫計算機輔助數控編程，它是以待加工零件CAD模型為基礎的一種集加工工藝規劃及數控編程為一體的自動編程方法。它的編程過程是借助于自動編程軟件，在電腦上進行零件加工建模，選擇機床和刀具，確定刀具運動方式、切削加工參數，自動生成刀具軌跡和程序代碼。最后經過后置處理，按照所使用機床規定的文件格式生成加工程序。通過串行通信的方式，將加工程序傳送到數控機床的數控單元。目前主要自動編程軟件有UG、Cimatron、MasterCAM、CATIA、CAXA等。

2 宏程序編程和普通程序編程的比較

2.1 程序比較

用戶宏程序和普通程序存在一定的區別，表1是它們的簡要對比。

2.2 功能比較

普通程序編程對于較簡單的二維加工具有靈活、方便、快捷的優點，但對于某些二維加工卻顯得臃長，如用數控銑床加工圖2所示的平底圓槽，假設現有銑刀為Φ16，由外向里加工，行距為12 mm，只加工一層2 mm深，下面按FANUC0i系統分別用普通程序和宏程序進行編程。

普通程序編程如下：

00001 M03S800

G54G90G00X52.Y0Z100 Z5

G01Z-2F40 G02I-52F200

G01X40 G02I-40

G01X28 G02I-28

G01X16 G02I-16

G01X4 G02I-4

G00Z100 M30

宏程序編程如下：

00002 G01X#1F200

M03S800 G02I[-#1]

G54G90G00X52Y0Z100 #1=#1-12

Z5 END 1

G01Z-2F40 G00Z100.

#1=52 M30

WHILE[#1 GT 6] DO 1

由上面可以看出，宏程序編程要比普通程序編程顯得簡潔、靈活，因為若隨著加工圓槽的半徑變大、刀具半徑變小，普通程序編程的程序會越來越長，修改也很不方便，而宏程序編程的程序不會變長，只要改變幾個相應的參數，或把這幾個參數也設為變量將更加簡便。

另外，對于一些有規律的可以用公式表達的曲線或曲面，普通程序編程是望塵莫及的，而宏程序編程更顯出其獨特的優勢。如圖3所示的橢圓槽加工，普通程序編程難以完成，而用宏程序編程則較容易。

假設現有銑刀為Φ8，由外向里加工，行距為6 mm，只加工一層2 mm深，下面按FANUC0i系統用宏程序進行編程。

宏程序編程： WHILE[#1 LE 360]DO 1

O0003 #4=#2*COS[#1]

M03S800 #5=#2*SIN[#1]

G54G90G00X36Y0Z100 G01X#4 Y#5F200

Z10 #1=#1+1

G01Z-2F40 END 1

#2=36 #2=#2-6

#3=26 #3=#3-6

WHILE[#3GE 0]DO 2 END 2

G01X#2F200 G00 Z100

#1=0 M30

3 宏程序編程的特點

宏程序編程的最大特點，就是將有規律的形狀或尺寸用最短的程序表示出來，具有極好的易讀性和易修改性，編寫出的程序非常簡潔，邏輯嚴密，通用性極強，而且機床在執行此類程序時，較執行CAD/CAM軟件生成的程序更加快捷，反應更迅速。

宏程序具有靈活性、通用性和智能性等特點，例如對于規則曲面的編程來說，使用CAD/CAM軟件編程一般都具有工作量大，程序龐大，加工參數不易修改等缺點，只要任何一樣加工參數發生變化，再智能的軟件也要根據變化后的加工參數重新計算道刀具軌跡，盡管計算速度非常快，但始終是個比較麻煩的過程。而宏程序則注重把機床功能參數與編程語言結合，而且靈活的參數設置也使機床具有最佳的工作性能，同時也給予操作工人極大的自由調整空間。

從模塊化加工的角度看，宏程序最具有模塊化的思想和資質條件，編程人員只需要根據零件幾何信息和不同的數學模型即可完成相應的模塊化加工程序設計，應用時只需要把零件信息、加工參數等輸入到相應模塊的調用語句中，就能使編程人員從繁瑣的、大量重復性的編程工作中解脫出來，有一勞永逸的效果。

另外，由于宏程序基本上包含了所有的加工信息（如所使用刀具的幾何尺寸信息等），而且非常簡明、直觀，通過簡單地存儲和調用，就可以很方便地重現當時的加工狀態，給周期性的生產特別是不定期的間隔式生產帶來了極大的便利。

4 宏程序和CAD/CAM軟件生成程序的加工性能比較

任何數控加工只要能夠用宏程序完整地表達，即使再復雜，其程序篇幅都比較短，一般很少超過60行，至多不過2KB。

一方面，宏程序天生短小精悍，即使是最廉價的數控系統，其內部程序存儲空間也會有10KB左右，完全容納得下任何復雜的宏程序，因此不像CAD/CAM軟件那樣需考慮機床與外部電腦的傳輸速度對實際加工速度的影響問題。

另一方面，為了對復雜的加工運動進行描述，宏程序必然會最大限度地使用數控系統內部的各種指令代碼，例如直線插補G01指令和圓弧插補G02/G03指令等。因此機床在執行宏程序時，數控系統的計算機可以直接進行插補運算，且運算速度極快，再加上伺服電機和機床的迅速響應，使得加工效率極高。

而對于CAD/CAM軟件生成的程序，情況要復雜得多。

再舉一個簡單的例子，如用銑刀以螺旋方式加工內圓孔，使用宏程序不僅非常簡短，而且機床實際運行時，執行進給速度F=2000 mm/min都可以保持非常均勻、快速的螺旋運動；而在Cimatron軟件中，即使通過使用外部用戶功能生成相似的刀具軌跡，但刀具軌跡是根據給定的誤差值用G01逐段逼近實現的，其程序就比宏程序大兩個數量級，而且即使把整個程序都存入到機床的控制系統中，當機床運行時的實際速度上不去，進給速度小于600 mm/min時還不明顯，如果F設定為1000 mm/min左右，就可以看到機床在明顯的“顫抖”。

5 結語

綜上所述，宏程序能簡化二維編程中普通程序編程的繁瑣問題，能解決二維編程中普通程序編程不能解決的有規律的曲線和曲面編程問題。另外，在加工有規律的曲面時，宏程序能克服CAD/CAM軟件編程所無法避免的加工問題。所以，宏程序編程具有普通程序編程和CAD/CAM軟件編程無法替代的作用。

參考文獻

[1] 陳海舟.數控銑削加工宏程序及其應用實例.

[2]謝曉紅.數控車削編程與加工技術.

[3]張英偉.數控銑削編程與加工技術.