宏程序在數控加工中的應用

梁鵬飛

摘要：在數控機床的編程與操作過程中，手工編程的使用是非常廣泛的，也是必不可少的一種編程方法，只需要簡單的指令，就可以完成一般零件程序的編制，它具有操作比較簡單、效率高、可以現場進行靈活調整等特點。而宏程序更具有編程簡單快捷，短小精悍的特點，得到了廣泛的使用，本文以FANUC 0i-MD系統B類宏程序為例進行簡要的說明。

關鍵詞：數控機床;宏程序;編程

1? 宏程序的使用及特點

在數控編程中，有許多自動編程軟件，如UG、PRO/E、CAXA等，可以進行自動編程，但是生成的程序都是由小段直線組成的，程序比較冗長，可讀性比較差，不方便查看和修改，適合復雜零件的編程。而對于簡單的零件，宏程序有著不可替代的作用，宏程序可以使用變量、運算指令進行計算，還可以進行條件轉移，使一般程序的編寫變得更加容易。宏程序的邏輯性比較好，可讀性強，程序比較簡練，既可以進行常規的編程，也可以和子程序交叉使用，可以用G65指令調用宏程序，就像調用子程序一樣。更可以完成子程序無法實現的一些特殊功能，常規指令G01、G02、G03只能進行直線和圓弧的插補，而對于一些非圓曲線，比如：雙曲線、拋物線、橢圓等用常規指令肯定是無法完成的，而使用宏程序就可以很容易的完成編程。

宏程序在車床加工中，可以完成復雜零件的編程，比如圓弧螺紋、梯形螺紋、橢圓輪廓、圓弧上的螺紋、球面蝸桿等等，有些甚至是利用CAD/CAM軟件也無法實現的編程。而在銑床加工中，宏程序的使用更加廣泛，可以進行半圓球、橢圓球等空間曲面的編程，還可以進行平面、型腔、孔等工序的編程，程序簡短明了，方便查看和修改，非常的靈活。

2? 宏程序的基本知識

普通加工程序直接用數值指定G代碼和移動距離，例如：G01 X10、G00 X100 Y100 等等，使用宏程序時，數值可以直接指定或者使用變量指定。宏程序的變量需要用變量符號“#”和后面的變量號指定。例如：#1、#2、#1=#2+10等等。

變量的書寫方式為：地址字后面指定變量號或表達式。例如：G01 X#1 Y#2 F#3，當#1=100，#2=50，#3=100時。與指定了G01 X100 Y50 F100時的結果是相同的。變量不能使用O和N，這是數控系統不允許的，不能編制如O#20、N#3等類似的程序。

2.1 變量的邏輯運算

變量的邏輯運算就相當于簡單的數學計算，可以進行加減乘除運算，也可以求一個數的正弦余弦余切等等。只要會基本的數學知識，宏程序就非常的容易學習使用。

變量的常用邏輯運算方法如下：

2.2 轉移語句

在編程的時候，可以使用GOTO語句和IF語句進行條件轉移。例如：GOTO n，n為順序號，表示的是當執行到此程序段時，無條件的轉移到n程序段繼續運行。必須注意的是，在同一個程序中，不能指定多個相同的程序段順序號，因為在GOTO語句中，由于是靠順序號n指定轉移的目的地的，如果有相同的順序號，則目的地不明確，容易出現事故，十分危險的。

IF[表達式]THEN語句：此表達式的功能是首先判斷條件是否成立，如果成立的話，就去執行THEN之后的程序內容，如果不成立，程序按順序接著運行。例如：IF[#10EQ#11]THEN#12=10，表示的是如果#10和#11相等，把10賦值給#12。EQ指的是一種邏輯符號，表示兩個量相等。每個算符是由兩個字母組成的，用來比較兩個數值的大小，決定他們是否相等，或者一個數比另一個數大或小。EQ表示等于、NE表示不等于、GT表示大于、GE是大于等于、LT表示小于、LE表示小于等于。

2.3 重復語句（WHILE語句）

WHILE語句其實也是判斷語句，格式為：WHILE[條件表達式]DO m，其中m只能是1、2、3來表示，當條件表達式滿足時，順序執行到END之間的程序，如果表達式不成立時，進入END后面的程序段執行，DO和END后面的數字是相同的，只能用1、2、3這三個數字來表示。重復循環語句在程序中可以多次使用，但是不能相互的交叉。例：求1至20的總和。

宏程序就是結合數控機床的功能和數控系統的特點，融合編程人員的智慧，來完成零件程序的編制。編程人員根據零件圖紙，進行分析計算，選擇合適的指令，進行相應的組合編程，就能編制出符合要求的程序。而自動編程，即便是簡單的零件，也需要進行各項參數的設定，比較麻煩。而且自動編程生成的程序比較長，可讀性差，存儲容量大，中間出了問題后，不方便查找，甚至還得從新開始運行加工。因此宏程序在實際生產和教學過程中，還具有很重要的意義。

3? 宏程序的應用案例

下面以FANUC 0i-MD系統B類宏程序為例，編制如圖1（圓盤工件圖）所示的零件，工件厚度為25mm。本例是一個簡單的圓盤類零件，外圓和兩端面已經完成了加工，尺寸精度已經達到要求，只需要進行鉆40個直徑為8毫米的通孔。如果利用一般的手工編程，需要計算每一個孔的坐標位置，這樣下來就是40個孔位置坐標的計算，計算量比較大，程序內容比較長，不容易查閱，而且容易出錯，出現問題的時候也很難找出問題的所在，如果利用自動編程的話，雖然零件結構比較簡單，但是與自動編程相關的步驟一個也不少，首先需要計算機和相應的CAD/CAM自動編程軟件，然后要畫出零件的三維圖，進行相應的刀具、切削參數、非切削參數、坐標系等的設定，再進行后處理生產程序，最后把程序導入機床進行加工，這是非常繁瑣的，比較浪費時間，相應的增加了加工成本。而宏程序則比較簡單方便。

此程序是利用宏程序、鉆孔復合循環指令和極坐標相結合的編程方式，大大的降低了計算的難度，不需要人工計算每個孔的中心位置坐標，利用極坐標，孔的中心位置用孔中心所在圓的半徑和角度來表示，利用宏程序的重復循環功能，數控系統自動計算每個孔的中心位置，然后使用G81復合循環鉆孔指令來完成孔的鉆削加工。

如果孔的精度要求很高，需要先利用中心鉆，在工件表面上打出中心孔，然后用直徑為7.8mm的鉆頭進行鉆孔，留0.2mm的余量，最后用直徑為8mm的鉸刀進行鉸孔，這樣的話，就比較容易保證零件精度。如果零件是單件生產的話，只需要這一個程序就能完成加工任務，鉆中心孔時只需要改變一下鉆孔循環中的Z值，也就是孔的深度值，因為中心孔一般較淺，鉆孔時再把深度改一下就行了。最后鉸孔時，只需要改變一下主軸的轉速和進給速度，修改非常的方便，可以根據需要進行靈活的改動。另外還可以根據此程序進行孔口倒角的加工，只需要簡單的改變下Z方向的坐標深度，即可完成倒角加工。

從上面的程序可以看出，在實踐教學和實際生產中，利用宏程序編程是非常簡便的。在教學中，由于程序簡潔明了，學生比較容易理解掌握，在實際的生產過程中，可以根據實際加工需要，靈活的進行零件程序的編制和修改。如果利用UG、CAXA等軟件進行編程的話，需要先建模，再設定各種加工參數，最后生成程序代碼，整個過程相對繁瑣。由此可見，雖然自動編程運算能力強，不用人工計算各點的坐標，但宏程序仍有不可替代的重要作用。

參考文獻：

[1]陳海舟.數控銑削加工宏程序及其應用實例[M].機械工業出版社，2006.

[2]宋正.數控機床編程與操作[M].中國勞動社會保障出版社，2009.