宏程序在数控加工中的应用

梁鹏飞

摘要：在数控机床的编程与操作过程中，手工编程的使用是非常广泛的，也是必不可少的一种编程方法，只需要简单的指令，就可以完成一般零件程序的编制，它具有操作比较简单、效率高、可以现场进行灵活调整等特点。而宏程序更具有编程简单快捷，短小精悍的特点，得到了广泛的使用，本文以FANUC 0i-MD系统B类宏程序为例进行简要的说明。

关键词：数控机床;宏程序;编程

1  宏程序的使用及特点

在数控编程中，有许多自动编程软件，如UG、PRO/E、CAXA等，可以进行自动编程，但是生成的程序都是由小段直线组成的，程序比较冗长，可读性比较差，不方便查看和修改，适合复杂零件的编程。而对于简单的零件，宏程序有着不可替代的作用，宏程序可以使用变量、运算指令进行计算，还可以进行条件转移，使一般程序的编写变得更加容易。宏程序的逻辑性比较好，可读性强，程序比较简练，既可以进行常规的编程，也可以和子程序交叉使用，可以用G65指令调用宏程序，就像调用子程序一样。更可以完成子程序无法实现的一些特殊功能，常规指令G01、G02、G03只能进行直线和圆弧的插补，而对于一些非圆曲线，比如：双曲线、抛物线、椭圆等用常规指令肯定是无法完成的，而使用宏程序就可以很容易的完成编程。

宏程序在车床加工中，可以完成复杂零件的编程，比如圆弧螺纹、梯形螺纹、椭圆轮廓、圆弧上的螺纹、球面蜗杆等等，有些甚至是利用CAD/CAM软件也无法实现的编程。而在铣床加工中，宏程序的使用更加广泛，可以进行半圆球、椭圆球等空间曲面的编程，还可以进行平面、型腔、孔等工序的编程，程序简短明了，方便查看和修改，非常的灵活。

2  宏程序的基本知识

普通加工程序直接用数值指定G代码和移动距离，例如：G01 X10、G00 X100 Y100 等等，使用宏程序时，数值可以直接指定或者使用变量指定。宏程序的变量需要用变量符号“#”和后面的变量号指定。例如：#1、#2、#1=#2+10等等。

变量的书写方式为：地址字后面指定变量号或表达式。例如：G01 X#1 Y#2 F#3，当#1=100，#2=50，#3=100时。与指定了G01 X100 Y50 F100时的结果是相同的。变量不能使用O和N，这是数控系统不允许的，不能编制如O#20、N#3等类似的程序。

2.1 变量的逻辑运算

变量的逻辑运算就相当于简单的数学计算，可以进行加减乘除运算，也可以求一个数的正弦余弦余切等等。只要会基本的数学知识，宏程序就非常的容易学习使用。

变量的常用逻辑运算方法如下：

2.2 转移语句

在编程的时候，可以使用GOTO语句和IF语句进行条件转移。例如：GOTO n，n为顺序号，表示的是当执行到此程序段时，无条件的转移到n程序段继续运行。必须注意的是，在同一个程序中，不能指定多个相同的程序段顺序号，因为在GOTO语句中，由于是靠顺序号n指定转移的目的地的，如果有相同的顺序号，则目的地不明确，容易出现事故，十分危险的。

IF[表达式]THEN语句：此表达式的功能是首先判断条件是否成立，如果成立的话，就去执行THEN之后的程序内容，如果不成立，程序按顺序接着运行。例如：IF[#10EQ#11]THEN#12=10，表示的是如果#10和#11相等，把10赋值给#12。EQ指的是一种逻辑符号，表示两个量相等。每个算符是由两个字母组成的，用来比较两个数值的大小，决定他们是否相等，或者一个数比另一个数大或小。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 重复语句（WHILE语句）

WHILE语句其实也是判断语句，格式为：WHILE[条件表达式]DO m，其中m只能是1、2、3来表示，当条件表达式满足时，顺序执行到END之间的程序，如果表达式不成立时，进入END后面的程序段执行，DO和END后面的数字是相同的，只能用1、2、3这三个数字来表示。重复循环语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的总和。

宏程序就是结合数控机床的功能和数控系统的特点，融合编程人员的智慧，来完成零件程序的编制。编程人员根据零件图纸，进行分析计算，选择合适的指令，进行相应的组合编程，就能编制出符合要求的程序。而自动编程，即便是简单的零件，也需要进行各项参数的设定，比较麻烦。而且自动编程生成的程序比较长，可读性差，存储容量大，中间出了问题后，不方便查找，甚至还得从新开始运行加工。因此宏程序在实际生产和教学过程中，还具有很重要的意义。

3  宏程序的应用案例

下面以FANUC 0i-MD系统B类宏程序为例，编制如图1（圆盘工件图）所示的零件，工件厚度為25mm。本例是一个简单的圆盘类零件，外圆和两端面已经完成了加工，尺寸精度已经达到要求，只需要进行钻40个直径为8毫米的通孔。如果利用一般的手工编程，需要计算每一个孔的坐标位置，这样下来就是40个孔位置坐标的计算，计算量比较大，程序内容比较长，不容易查阅，而且容易出错，出现问题的时候也很难找出问题的所在，如果利用自动编程的话，虽然零件结构比较简单，但是与自动编程相关的步骤一个也不少，首先需要计算机和相应的CAD/CAM自动编程软件，然后要画出零件的三维图，进行相应的刀具、切削参数、非切削参数、坐标系等的设定，再进行后处理生产程序，最后把程序导入机床进行加工，这是非常繁琐的，比较浪费时间，相应的增加了加工成本。而宏程序则比较简单方便。

此程序是利用宏程序、钻孔复合循环指令和极坐标相结合的编程方式，大大的降低了计算的难度，不需要人工计算每个孔的中心位置坐标，利用极坐标，孔的中心位置用孔中心所在圆的半径和角度来表示，利用宏程序的重复循环功能，数控系统自动计算每个孔的中心位置，然后使用G81复合循环钻孔指令来完成孔的钻削加工。

如果孔的精度要求很高，需要先利用中心钻，在工件表面上打出中心孔，然后用直径为7.8mm的钻头进行钻孔，留0.2mm的余量，最后用直径为8mm的铰刀进行铰孔，这样的话，就比较容易保证零件精度。如果零件是单件生产的话，只需要这一个程序就能完成加工任务，钻中心孔时只需要改变一下钻孔循环中的Z值，也就是孔的深度值，因为中心孔一般较浅，钻孔时再把深度改一下就行了。最后铰孔时，只需要改变一下主轴的转速和进给速度，修改非常的方便，可以根据需要进行灵活的改动。另外还可以根据此程序进行孔口倒角的加工，只需要简单的改变下Z方向的坐标深度，即可完成倒角加工。

从上面的程序可以看出，在实践教学和实际生产中，利用宏程序编程是非常简便的。在教学中，由于程序简洁明了，学生比较容易理解掌握，在实际的生产过程中，可以根据实际加工需要，灵活的进行零件程序的编制和修改。如果利用UG、CAXA等软件进行编程的话，需要先建模，再设定各种加工参数，最后生成程序代码，整个过程相对繁琐。由此可见，虽然自动编程运算能力强，不用人工计算各点的坐标，但宏程序仍有不可替代的重要作用。

参考文献：

[1]陈海舟.数控铣削加工宏程序及其应用实例[M].机械工业出版社，2006.

[2]宋正.数控机床编程与操作[M].中国劳动社会保障出版社，2009.