不容忽视的数控实训编程模块——用户宏程序

赵雁?严晓云?王祥

摘 要：在数控加工中，程序编制的好坏是决定加工质量、加工效率的重要因素之一。目前，随着计算机、CAD/CAM软件的普及，自动编程被操作者广泛使用，而渐渐忽略了对CNC系统用户宏程序功能的手工编程应用。本文介绍了宏程序的主要特点，并和自动编程方法对比，说明其所具有的不可取代的优势，希望学生在工程训练及专业技能培训中能有所重视，提升编程能力，提高技术水平。

关键词：宏程序编程 CAD/CAM软件编程 优点 对比

进入21世纪后，我国已成为制造业大国，并逐步向“世界制造中心”的目标迈进。企业中广泛地使用各种先进制造设备，提高产品质量，提升效率，增强竞争能力。其中，最常用的加工设备有数控车床、数控铣床、加工中心和车削中心等。

数控编程水平是决定加工质量、加工效率的重要因素之一。目前，由于各种基于PC平台的CAD/CAM软件出现，如MasterCAM、UG、Pro/E等，因其具有几何造型、工艺决策、加工仿真、自动生成程序等优点，被编程人员普遍采用，成为流行趋势。在实际工作中不论什么情况，均用软件编程，依赖程度很高，甚至产生自动编程完全能代替手工编程的误区。而在国家、省级数控技能大赛或数控职业技能鉴定等级考试中，明确规定是不能使用计算机软件进行编程的，只能用手工编程，特别对宏程序的编程运用有明确的考查。在自动化、智能化程度更发达的日本也是如此，不会因为软件的普遍使用而忽视对编程基本素质的要求。殊不知在有些场合，宏程序编程是其他方法不能替代的，可为数控加工带来事半功倍的效果。

一、什么是宏程序

所谓宏程序（Custom Macro），就是以变量的组合，通过各种算术和逻辑运算、转移和循环等命令，而编制的一种可以灵活运用的程序，只要改变变量的值，即可以完成不同的加工和操作。调用用户宏程序的指令叫宏指令。宏程序即可以书写在主程序中，也可像子程序一样，被宏指令一次或多次调用。宏程序是基本手工编程的高级形式，因在标准CNC程序基础上附加控制特征，使功能更强大、更具智能性。各种数控系统，如：日本FANUC、德国SIEMENS、华中HNC等。虽然宏指令的名称、符号、定义各不相同，但本质上是共通，都离不开变量，本文以FANUC-0i系统用户宏程序B说明。

二、宏程序编程优势突出

1.简化编程的重要手段

宏程序允许使用变量、算术和逻辑运算、条件转移和循环命令。这样编程中大量重复或有规律的刀具移动路径程序段就可省略，大大降低了人工计算难度，程序结构清晰明了，长度缩短，书写和输入工作量减小，从而达到简化编程目的。

2.存储容量小，存储方便

软件自动编程生成的程序冗长，经常出现成千上万条语句，占用的存储空间大，FANUC-0i系统内存的标准配置为128KB或256KB，电脑经常存储不下，只能用专用的存储卡或DNC在线加工。而宏程序结构简单、短小精悍，一般不会超过100条，系统内存的容量足够使用，存储方便。

3.检查、修改、调试方便

完成一个合格零件的加工，通常要经过反复试切、测量、调试的过程。软件自动编程生成的程序，是由若干直线去逼近曲面的点的组合，若要调整某项加工参数，如刀具尺寸、刀补值、步长、计算精度等，都要根据变化后的参数重新编程，原程序无法修改。而宏程序则不同，程序中包含了所有加工参数和信息，阅读直观，调试时可直接在原程序上修改，无需重新编程。

4.加工精度高、效率高

软件自动生成的程序，是直线插补近似的过程，存在计算误差和后置处理误差。在线加工时，机床与电脑的传输速度成为了影响加工速度的“瓶颈”，FANUC-0i系统RS-232串口最大传输波特率为19200Bit/s，当计算精度较高、进给速度F值较大（如F1800～F2500）时，程序传输速率往往跟不上机床的节拍，甚至可以看到机床的进给运动有明显的断续、迟滞现象。宏程序能采用圆弧插补拟合，误差小，系统直接插补运算，速度和机床硬件响应快，避免了传输不稳定现象，从而使得加工效率和加工精度更高。

5.灵活性、通用性强

生产中，经常会碰到许多零件形状轮廓类似，而几何尺寸不同情况，编程人员可制作这类轮廓的宏程序模板，如椭圆模板、双曲线模板、锥螺纹模板等，应用时只需要把零件的具体加工信息和参数输入到模板中对应的程序段中，就完成了程序的编制。可见宏程序具有很强的灵活性和通用性，给编程带来事半功倍的效果。这是其他编程方法都做不到的。

另外，在构成零件三维要素较多，自动编程困难的场合，如加工异形螺旋槽、加工非标螺纹等，用宏程序就非常方便灵活，可很好地发挥其优势。

三、编程对比举例

为了更好地说明宏程序编程的特点，分别用宏程序和CAD/CAM软件编程方法，对同一零件进行编程和加工，对比各方面综合性能。加工中，使用MasterCAM软件，设定同样的工艺路线、切削用量、设备和刀具等加工条件。

如下图所示，零件是一个平面非圆曲线台阶零件，适用数控铣削加工，图形由直线、圆弧和一段椭圆构成。编程的关键是椭圆部分。因人工很难计算出每点的坐标值，光用普通基本指令编程是无法完成的，手工编程时必须用到宏程序方法。用WHILE/DO语句编写，以X值作变量，Y为X的函数，X以0.1mm长度增加，取值范围从0～30mm，Y随X的变化都有一个唯一的值和它对应，并用直线插补指令，来逼近椭圆曲线。椭圆曲线部分的宏程序只需6条，而使用MasterCAM软件后置处理生成的NC代码有400多段。

从上表中可见，宏程序简化编程、方便检查修改、编程和加工效率高、精度高的特点得到充分体现，不用计算机、不用软件、无需传输也可得到自动编程效果，既经济性能又高。

四、小结

宏程序编程具有的优势，是自动编程不能完全替代的，在数控加工中占有广泛的空间。但也不能否定CAD/CAM软件编程的作用，对于不规则复杂曲面的模具、三轴或三轴以上联运的加工场合，用宏程序编程是有局限性的。

在学生工程实训和技能培训中，不能忽视宏程序编程的教学要求，明确宏程序编程的优势，丰富课程内容和形式，开设专题性的开放性实验以及参加比赛。多角度引导学生重视这方面的训练，从而牢固树立手工编程是编程根本的思想。只有练好编程基本功，才能更好地深入理解自动编程的本质。请学生们不要过分依赖软件自动编程而忽视编程基本能力的锻炼。养成能不用CAD/CAM软件编程的就不用，尽量手工编程的习惯，以提升高级编程能力，充分了解手工编程和自动编程各自的特点和适用场合。在实践中，学生应灵活选择合理的编程方法，成为基本功扎实的高素质、高技能型人才。

参考文献：

[1]胡育辉，赵宏立，张宇等.数控宏编程手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例[M].北京：机械工业出版社，2006.

（作者单位：赵雁，南京理工大学工程训练中心；

严晓云、王祥，江苏大学工程训练中心）