数控铣床宏程序编程 经典（推荐8篇）
教案
一、组织教学
检查学生出勤情况
二、复习提问
1、画图，椭圆怎么加工
2、举例，一个任意形状的工件，如何在边上倒圆角
三、相关专业理论基础
1、看、画图零件
2、加工工艺分析与编写数控加工工艺卡
3、装夹方法与定位方法的分析
4、华中系统编程规则
5、刀具的选择
6、检验方法与检测技巧
三、课题训练思路
采用综合例题方式，按上述要求逐一分组进行，加工前教师进行加工讲评，对程序验证后进行加工，加工完教师进行总结讲评，指出加工过程中的错误和不合格项。
四、课题内容 用数控加工中心铣床加工出如下图所示零件，材料为铝，毛坯为75*75mm，按图样要求完成零件的加工。
五、新授课
如何使加工中心这种高效自动化机床更好地发挥效益，其关键之一，就是开发和提高数控系统的使用性能。宏程序的应用，是提高数控系统使用性能的有效途径。下面就宏程序的应用。
（一）什么是宏程序？
什么是数控加工宏程序？简单地说，宏程序是一种具有计算能力和决策能力的数控程序。宏程序具有如下些特点： 1．使用了变量或表达式（计算能力），例如：（1）G01X[#3+#5];有表达式#3+#5（2）G00X4F[#1];有变量#1（3）G01Y[50*SIN[#3]];有函数运算
2．使用了程序流程控制（决策能力），例如：（1）WHILE有条件循环命令
（二）用宏程编程有什么好处？
1．宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态计算能力，可以加工非圆曲线，如抛物线、椭圆、双曲线、三角函数曲线等； 2．宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工； 3．宏程序可以完成工艺路径一样，位置不同的系列零件加工； 4．宏程序具有一定决策能力，能根据条件选择性地执行某些部分； 5．使用宏程序能极大地简化编程，精简程序。适合于复杂零件加工的编程。
（三）宏变量及宏常量 1．宏变量
先看一段简单的程序： G00X25.0 上面的程序在X轴作一个快速定位。其中数据25.0是固定的，引入变量后可以写成： #1=25.0;#1是一个变量 G00X[#1];#1就是一个变量 宏程序中，用“#”号后面紧跟1~4位数字表示一个变量，如#1，#50，#101，变量有什么用呢？变量可以用来代替程序中的数据，如尺寸、刀补号、G指令编号变量的使用，给程序的设计带来了极大的灵活性。
使用变量前，变量必需带有正确的值。如 #1=25 G01X[#1];表示G01X25 #1=-10;运行过程中可以随时改变#1的值 G01X[#1];表示G01X-10 用变量不仅可以表示坐标，还可以表示G、M、F、D、H、M、X、Y、??等各种代码后的数字。如： #2=3 G[#2]X30;表示G03X30 例1使用了变量的宏子程序。%1000#50=20;先给变量赋值 M98P1001;然后调用子程序 #50=350;重新赋值 M98P1001;再调用子程序 M30 %1001 G91G01X[#50];同样一段程序，#50的值不同，X移动的距离就不同 M99 2．局部变量
编号#0~#49的变量是局部变量。局部变量的作用范围是当前程序（在同一个程序号内）。如果在主程序或不同子程序里，出现了相同名称（编号）的变量，它们不会相互干扰，值也可以不同。例 %100 N10#3=30;主程序中#3为30 M98P101;进入子程序后#3不受影响 #4=#3;#3仍为30，所以#4=30 M30 %101 #4=#3;这里的#3不是主程序中的#3，所以#3=0（没定义），则：#4=0 #3=18;这里使#3的值为18，不会影响主程序中的#3 M993．全局变量
编号#50~#199的变量是全局变量（注：其中#100~#199也是刀补变量）。全局变量的作用范围是整个零件程序。不管是主程序还是子程序，只要名称（编号）相同就是同一个变量，带有相同的值，在某个地方修改它的值，所有其它地方都受影响。例 %100 N10#50=30;先使#50为30 M98P101;进入子程序
#4=#50;#50变为18，所以#4=18 M30 %101 #4=#50;#50的值在子程序里也有效，所以#4=30 #50=18;这里使#50=18，然后返回 M99 为什么要把变量分为局部变量和全局变量？如果只有全局变量，由变量名不能重复，就可能造成变量名不够用；全局变量在任何地方都可以改变它的值，这是它的优点，也是它的缺点。说是优点，是因为参数传递很方便；说是缺点，是因为当一个程序较复杂的时候，一不小心就可能在某个地用了相同的变量名或者改变了它的值，造成程序混乱。局部变量的使用，解决了同名变量冲突的问题，编写子程序时，不需要考虑其它地方是否用过某个变量名。什么时候用全局变量？什么时候用局部变量？在一般情况下，你应优先考虑选用局部变量。局部变量在不同的子程序里，可以重复使用，不会互相干扰。如果一个数据在主程序和
子程序里都要用到，就要考虑用全局变量。用全局变量来保存数据，可以在不同子程序间传递、共享、以及反复利用。
（四）常量 PI：圆周率π
角度用弧度表示：1°对应 PI/180弧度
（五）运算符
1、算数运算符 +-* /
2、条件运算符
EQ(=)NE(≠)GT(>)GE(≥)LT(<)LE(≦)
3、逻辑运算符
AND（与）OR（或）NOT（异或）
（六）函数
SIN[正弦] COS[余弦] TAN[正切] EXP[指数] ATAN[反正切] ABS[绝对值] INT[取整] FIX[上取整] FUP[下取整] SQRT[开方]
（六）循环语句（WHILE语句）(七)宏指令编程
%O0001 #1=20(定义a值)#2=10（定义b值）
#4=5（定义刀具补偿半径R值）#5=0（定义步距角初始值）
G90G54G0X0Y0S1500M3 G43X#1Y#2D01 G01Z-5F30 G01Y0F100 WHILE[#5LE360] G01X[#1*COS[#5*PI/180]]Y-[#2*SIN[#5*PI/180]] #5=#5+2 ENDW GOG40Z100 M30 %
六、结束语
手工编程至少在以下几方面有着自己的优势:其一, 熟练的程序员编制的手工程序加工效率高于自动编程;其二, 熟悉手工编程, 对自动程序的修改是不无裨益的;其三, 自动编程所确定的走刀路线限制了其加工工艺, 通过手工编程能够得到弥补。其实手工编程是自动编程的基础, 而宏程序是手工编程的高级形式, 是手工编程的精髓, 也是手工编程的最大亮点和最后堡垒。同时编制简洁合理的数控宏程序, 有着非常重大的现实意义, 既能锻炼从业人员的编程能力, 又能解决自动编程在生产实际工作中存在的不足。目前, 大多数中高档数控系统都为用户提供了宏程序功能, 正确恰当地使用该功能, 可以极大地提高编程效率。
所谓宏程序, 即用户宏程序的简称。它是以变量的组合, 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, 即可完成不同的加工或操作。而在一般的程序编制中, 程序字中地址字符后为一常量, 一个程序只能描述一个几何形状, 所以缺乏灵活性和适用性;而宏程序中的地址字符后为一变量 (也称宏变量) , 可以根据需要通过赋值语句加以改变, 使程序具有通用性。故用户宏程序可以简化程序的编制, 提高工作效率。下面就介绍几种数控铣床中常见的宏程序应用实例。
一、二维曲面 (如椭圆) 的宏程序编制
对于一些只有直线和圆弧插补功能的数控设备而言, 是无法直接加工非圆曲线的, 例如椭圆, 只能用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线。如果没有宏的话, 我们要逐点算出曲线上的点, 然后慢慢用直线来逼近, 从而在编制加工程序时, 不但计算繁琐, 而且程序冗长。可是应用了宏后, 我们可以利用椭圆方程设置变量, 编制宏程序, 省去了大量繁琐的计算, 程序也变得更加简洁。下面就以数控铣床上加工椭圆为例编制宏程序 (以下程序均采用FANUC 0i系统) :
加工如下图1所示的椭圆 (外轮廓) , 已知长半轴a为20mm, 短半轴b为10mm, 铣刀的直径假设为10mm, 轮廓深度为1mm。
编制宏程序时必须先建立被加工零件的数学模型, 也就是通过数学处理找出能够描述加工零件的数学公式。
椭圆的方程可用标准方程:, 也可用参数方程:。
本例中采用参数方程, 即:, 以α为变量值, 用#4表示。加工时采用刀具半径左补偿, 顺时针方向走刀, 故α即#4的取值范围为0°～-360°。参考程序如下:
本例中步长取1°, 如需更高的精度, 可适当减小步长。通过本例也可以这样理解:宏就是用公式来加工零件。
二、三维曲面 (如球面) 的宏程序编制
对于具有曲面或复杂轮廓的零件, 特别是包含三维曲面的零件, 采用一般手工编程困难较大, 且容易出现错误, 有的甚至无法编制程序。而采用宏程序, 就能很好地解决这一问题。下面介绍球面加工的宏程序编制。
编制如右上图2所示球面的加工程序, 铣刀的直径假设为10mm。
首先建立被加工零件的数学模型, 圆的标准方程:x2+z2=900。以z为变量 (用#2表示) , 则 (x用#4表示) , 加工时从上往下, 故z (即#2) 的取值范围为30～0。加工时先定位至A点, 再Z向下刀至B点, 然后开始切削。
参考程序如下:
三、圆柱面 (或孔口) 倒角的宏程序编制
在数控机床应用日益推广的今天, 在某些零件边缘的倒角 (如孔口的倒角) 也逐渐在数控机床上进行加工, 利用宏程序控制机床作两轴半联动即可实现倒角。
加工如下图3所示孔口倒角C2, 可将孔口倒角分解为在XOY平面内的整圆与XOZ平面内的直线加工组合。加工时采用刀具半径左补偿, 逆时针方向走刀。设#1为Z的变量, 初始值为0, 步长为0.1mm, 加工时从下往上, 设#1的取值范围为0～2。#2为X的变量。参考程序如下:
四、孔口倒圆角的宏程序编制
在加工零件中常遇到孔口倒圆角问题, 这类工件采用一般方法不易加工, 多采用编制宏程序加工。加工如下图4所示孔口倒圆角, 与孔口倒角类似, 可将孔口圆角分解为在XOY平面内的整圆与XOZ平面内的1/4圆弧加工组合。加工时采用刀具半径左补偿, 逆时针方向走刀。设#1为圆心角α的变量, 初始值为0, 步长为5°, 加工时从下往上, 故#1的取值范围为0～90°。#2为X的变量, 以位置A为例, #2=-[3-3×COS[#1]+25/2]=3×COS[#1]-15.5;#3为Z的变量, #3=-[3-3×SIN[#1]]=3×SIN[#1]-3。参考程序如下:
从以上几个实例可以看出, 编程人员在编程的过程中可省去大量繁琐的计算, 取而代之的是建立数学模型, 即找出相应的数学公式或表达式, 用变量代替常量, 配合相应的条件判断控制语句, 从而可快速、高效地编制出加工程序。在上述程序中, 如要提高加工精度, 只要减小步长即可, 切削用量三要素也应根据实际情况合理调整。总之, 合理选用宏程序编制加工程序可以大大减少编程人员计算的工作量, 极大地提高编程效率, 使程序更简洁, 占用的空间更少。
摘要：本文简要介绍了宏程序在数控编程中的地位和概念, 并以加工椭圆、球面、倒角及倒圆为实例, 介绍了数学模型的构建方法及宏程序的编制, 给出了采用FANUC 0i系统编制的加工程序及程序注释。
关键词：手工编程,宏程序,数学模型,参数方程,变量
参考文献
[1]李蓓华主编.数控机床操作工 (高级) [M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2005.
[2]顾京主编.数控机床加工程序编制[M].北京:机械工业出版社, 2001.
关键词:非圆曲线 椭圆 宏程序
椭圆是数车加工中相对较难却又比较典型的非圆曲线,目前数控系统还没有提供完善的非圆曲线插补功能,因此实际操作中椭圆的编程多采用变量来完成。虽然随着计算机辅助编程的进一步普及,手工编写宏程序越来越少,但作为培养高技能人才的学校,根据不同情况,掌握各种非圆曲线,特别是椭圆曲线的编程仍然是必要的,我在指导学生参加两年一度的全国数控大赛时,根据平时的一点经验,以FANUC-0i系统为例,总结出数控车床中的椭圆宏程序加工的以下几种常用编程方法,实践证明,这些方法掌握后能很快上手,高效、准确地加工出椭圆部分。
在宏程序的编写中,常用的两种条件转移语句:
1.IF[条件表达式] GOTOn
2.WHILE[条件表达式] DOm(m=1,2,3)
循环体 ENDm
在DO~END循环中的标号(1～3)可根据需要多次使用以下以具体的实例来介绍几种常见的椭圆加工方法
方法一:利用椭圆函数和子程序编写宏程序
程序如下:
O0001
G99T0101
S1000M3M98P0002
G0X52Z2G00X100Z100
#1=48.5M30
N50IF[#1LT1]GOTO100
M98P0002O0002
#1=#1-3#2=45
GOTO50#3=25
N100G00X52Z2#4=45
N60IF[#4LT-20]GOTO110
S1500M03#5=SQRT[#2*#2-#4*#4]
#1=0#6=25*#5/45
G01X[2*#6+#1]Z[#4-45] N110G00X52Z2
#4=#4-0.5M99
GOTO60
方法二:利用橢圆角度和复合循环指令编写
加工如图2所示椭圆轮廓
椭圆方程为z=acos,x=bsin
其中:a为椭圆长半轴半径,b为椭圆短半轴半径
程序如下:
O0002
G99T0101
S1000M3
G00X62Z2
G73U3R4
G73P10Q20U0.5W0.1F0.2
N10G00X45.707F0.1
G01Z0
#1=41.5
N50IF[#1GT128.8]GOTO100
#2=45*COS[#1]-26
#3=28*SIN[#1]
G01X[2*#3]Z[#2]F0.2
#1=#1+1
GOTO50
G1X50.165Z-46
N20X62
N100G0X62Z2
G70P10Q20
G00X100Z100
M30
上述两种方法都使用了IF[条件表达式]GOTOn语句,当然也可以用WHILE[条件表达式]DOm(m=1,2,3)ENDm来表达,此处略。以上两种方法共同的特点是椭圆度好,形状逼真,遇到加工刀尖圆弧半径较大时,加上刀具半径补偿,效果会更好,一般在要求严格要求和时间充裕的情况多采用,但它们的缺点是由于椭圆分层切削,加工路径多,时间长。而一般技能比武和大赛时的时间控制的比较紧,为了在少失分或不失分的情况下提高加工速度和效率,我们往往推荐学生采用接下来的第三种方法。
方法三:利用车锥法切除大余量,调用椭圆宏程序精车
在多数情况下,椭圆的精度并不需太高,这时可将椭圆圆弧用多段连续逼近的直线段代替,正常情况下形状同样能达到逼真的效果而加工速度却大大提高。
具体方法是:
首先将待加工的椭圆圆弧上均匀取得5~7个点(取点个数视椭圆圆弧长短而定,同时应尽量对称,便于计算)。如上例中,可将椭圆圆弧对称取A-F六个点(如图3)。
然后利用椭圆方程求出这些点的坐标,再按A-B-C-D-E-F的加工顺序依次加工完成用车锥法很快去除大部分余量,只需留出单边1mm余量。最后再用椭圆宏程序精车,同样在遇到加工刀尖圆弧半径较大时,要考虑刀具半径补偿。
方法四:利用倒圆法切除大余量,调用椭圆宏程序精车
根据制图中椭圆的近似画法,可以将椭圆看成四段近似圆弧链接而成(由于回转体对称性,加工时只需考虑两段)。
如图4,先求出椭圆的AB段的圆弧半径R1。
结束语:宏变量编程的引入,提高了我们编写复杂程序的效率,充分发挥了CNC机床运行的功能。宏程序在实际加工中有着广泛的应用,它虽然不能取代CAD/CAM软件,但在简化手工编程方面有着重要的作用。
参考文献:
1.袁锋.《全国数控大赛试题精选》,机械工业出版社
2.陈海舟《数控铣削加工宏程序及应用实例》,机械工业出版社
3.王幼龙《机械制图》,高等教育出版社
4.李锋、白一凡.《数控铣削变量编程实例教程》,化学工业出版社
1.1 宏程序的概念与分类
用变量的方式进行数控编程的方法就叫做宏程序编程。宏程序有两种类型即A类和B类, 不同数控系统的机床, 所应用的宏不一样, A类宏是以G65 Hxx P#xx Q#xx R#xx的格式输入的, B类宏则是以直接的公式和语言输入的, 和C语言很相似, 应用相对比较广泛, 常用于FANUC-0-i系统、华中数控系统中。
1.2 宏程序的作用
应用宏程序编程可以编写一些非圆曲线, 如宏程序编写椭圆、双曲线、抛物线等。另外, 在编写一些大批相似零件的时候, 可以用宏程序编写, 这样只需要改动几个数据就可以了, 没有必要进行大量重复编程。
1.3 宏程序的最大特点
宏程序的最大特点就是使用变量。变量是表示取值可以变化的量, 由“#I”表示, 其中I=1、2、3……等, 如#1、#2分别表示1号变量、2号变量。
1.4 运算指令与表达式
包括定义、算术运算、逻辑运算和函数运算指令等, 如:= (赋值) 、+ (加) 、OR (或) 、SIN[] (正弦函数) ;表达式是由运算指令连接起来的函数及变量等, 如:SIN[] (正弦函数) 、#3*#4+#1 (3号变量与4号变量之积加上1号变量) 。
1.5 转移与循环语句
1) 无条件转移:格式:GOTO n
2) 条件转移:格式:IF[〈条件式〉]GOTO n, 其中n为跳转目标的程序段顺序号。
条件运算符有LE (≤) 、GE (≥) 、EQ (=) NE (≠) GT (>) 、LT (<) 。
3) 循环:由循环判断语句、循环体和结束语等组成, 一般是由WHILE[〈条件式〉]DO m与ENDm来表示, 其中m只能等于1或2或3。
2 宏程序编程实例
有如图1所示零件图。
2.1 程序编制思路分析
2.2 程序编制
3 结语
综上所述, 用变量赋值的外圆切削循环编写宏指令时, 可以在程序中给变量赋值、进行数学运算、条件转移等, 编写时更直观、简便, 精简了程序内容, 大大提高了编程效率。宏程序不仅能实现加工椭圆弧、抛物线, 还能加工一些其他的非圆曲线, 在手工编程实际中只要能灵活运用宏程序, 还可以进行车削端面、车削螺纹、切槽等编程。
参考文献
[1]张艳林, 付丽苑.数控车削加工椭圆两种宏编程的方法[J].数字化用户, 2014 (23) .
关键词：机械零件；数控加工；宏程序；正多边形
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）12-0056-03
近年来，数控机床和数控技术发展得越来越快，因此数控的程序编写是必不可少的。种类繁多的数控编程软件层出不穷，虽然自动编译程序很方便和快捷，但是手动编程不可或缺。手动编程自由，可以根据编程人员的需要而灵活设置，随意地控制机床的工作状态，即可控性、可调性都非常好，这一点是自动编程所不及的。手动编程之所以具有这样的优越性，在于它在编程过程中使用的“程序”的重要工具，即宏程序。在国外，应用软件实现数控技术很普遍，同时对手工编程的学习也非常重要，对宏程序的使用尤为突出。随着数控技术的发展，再开发的能力将不断得以提升，宏程序的功能将更加全面。
1 宏程序
宏程序和计算机的编程的函数非常类似。从数控技术的发展过程看，一般可以分为A，B两类宏程序。A类不能使用运算符和函数名，现在基本不被应用；而B类可以使用这类函数，包括变量、运算符和函数名，这些都与计算机编程类似，非常容易理解和记忆。
对宏程序可以有两种含义去理解：一种是指在程序的过程中直接对变量的应用，另一种是指对宏程序的调用。要想实现宏程序的编程，需要对所应用的数控系统的代码有一定的掌握，这样才能熟练地加以应用，否则会因对功能不了解而使程序复杂化，从而失去意义。数控宏程序的学习和使用与诸多学科有着联系，如几何、数学、CAD、机械、CAM、数控等。
2 宏程序的使用
2.1 零件图分析
通过案例来说明宏程序的使用。编制一个宏程序，来加工标准正六边形外轮廓（如图1所示）。毛坯尺寸φ100 mm×40 mm，已知正六边形的外接圆直径80 mm，正六边形的轮廓高度为20 mm。
2.2 工艺分析
1） 程序原点及工艺路线。采用三爪自定心夹盘装夹，工件坐标系原点设定在工件上表面中心处。工艺路线为粗、精加工工件外形，顺时针方向走刀，采用顺铣法。
2） 变量设定。
#1=（A） *正N边形的边数
#2=（B） *正N边形的外接圆半径
#3=（C） *正N边形的高度
#4=（I） *四分之一圆弧切入的半径
#7=（D） *平底立铣刀半径
#9=（F） *进给速度
#11=（H） *Z方向自变量赋初值
#17=（Q） *自变量每层递增量
3） 刀具选择。选用φ20平底立铣刀。
2.3 参考程序
1） 主程序。
O0513；
G28 G91 Z0.； * Z向回参考点
G17 G40 G49 G80； *程序初始化
S1200 M03； *主轴正转1 200 r/min
G54 G90 G00 X0. Y0 *选用G54坐标系快速移动到坐标系零点
G43 H01 Z30.； *一号刀加刀正向补偿并下刀到30 mm面
G65 P1513 A6. B40. C20. I10.
D10. H0. Q2. F300.； *非模态调用宏程序賦值
M05； *主轴停止转动
M30； *程序结束并返回
2） 子程序。
O1513；
#10=360/#1； *正N边形的圆心角
#5=#2*COS[#10/2]+#7； *初始刀位点到原点距离
#6=#5/COS[#10/2]； *刀具运动轨迹的正N边形外接圆半径
G00 X#4 Y-[#5+#4]； *快速移至四分之一圆弧起刀点
Z[#11+1.]； *快速下降至当前加工平面#11+1.处
WHILE[#11GT-#3] DO1；*当#11>#3时，循环1继续
#11=#11-#17； *铣刀Z方向的坐标值
G01 Z#11 F[0.2*#9]； *Z向直线插补到当前加工深度
G03 X0. Y-#5 R#4 F#9；*四分之一圆弧切入
#12=0； *刀具加工的边数赋初值
WHILE[#12LT#1] DO2；*当#12<#1时，循环2继续
#20=-[90+#10/2]-#12*#10；*刀具与圆心连线和X轴所成夹角
#21=#6*COS[#20]； *刀具中心X坐标值
#22=#6*SIN[#20]； *刀具中心Y坐标值
G01 X#21 Y#22 F#9； *沿轮廓走刀
#12=#12+1； *加工边数加1
END2； *结束循环2
X0.； *G01到X0.
G03 X-#4 Y-[#5+#4] R#4 F[2*#9]； *四分之一圆弧切出
G01 X#4； *G01走刀到X#4
END1； *结束循环1
G00 Z30.； *快速提刀到初始平面
M99； *程序结束返回
以上为正多边形零件外轮廓的铣削加工程序编制，可根据该实例来完成任意正多边形、轮廓高度的正多边形零件的程序编制。例如：加工外接圆直径为150 mm、轮廓高度为40 mm的正十二边形，只需在主程序中G65中设置A=12.，B=120.，C=40.即可，其他均不变，便可加工出所要加工的正十二边形。以此类推，可加工出更多的正多边形外轮廓零件，具有通用性。
3 结论
上述零件的加工可以通过人工编程和其他软件的编程实现，但是这类方法实现的程序往往约束性比较大，只适合特定尺寸的零件加工且程序非常繁琐，当由于某种原因导致尺寸变化时需要更改程序。而采用宏程序的手段去加工零件时，因其在对程序的编译过程中，把所有的尺寸和相应的逻辑关系设定成变量，所以程序的更改变得十分灵活，如果尺寸和数学逻辑关系发生变化，只需将相应的部分进行更改即可。通过上述实例可看到宏程序功能在数控加工中将大大节省编程时间，使程序的可读性、简洁性和合理性大大增加。同时，也对编程人员提出了更高的要求，即在编程过程中，需充分利用机床的各项功能来满足加工过程中所遇到的各种可能因素。作为一名专业的数控领域的工作者，应对宏程序的编译有一定的了解和掌握，这样能够大大提升编程能力，在零件生产过程中首选宏程序编程，以提高产品质量和生产效率。
参考文献
[1] 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.
[2] 冯志刚.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].北京：机械工业出版社，2007.
[3] 袁锋.全国数控大赛试题精选[M].北京：机械工业出版社，2006.
在数控车零件编程中,经常遇到外圆有圆曲线和非圆曲线下凹的图样,对于圆曲线下凹,一般借助CAD用轮廓逼近的方式编程,这种编程不但费时而且程序冗长,有时还会出错,对于非圆曲线下凹零件,采用此法就不容易了,而且可能会无法编程,而采用宏程序循环嵌套,就能很好的解决这个问题。
1 宏程序
宏程序是指在采用了宏变量的程序。宏一般分为A类宏和B类宏。A类宏是以G 65HxxP#xxQ#xxR#xx的格式输入的;B类宏程序则是以直接的公式和语言输入的和C语言很相似,在0i系统中应用比较广,本文宏程序采用后者。由于现在B类宏程序的大量使用,很多书都进行了介绍,这里就不再重复了。
2 数学模型选择
对于二次曲线,要编制加工程序,首先必须建立数学模型,也就是找到描述加工零件的数学公式。对于椭圆(图1)就是它的数学方程:
为了方便编程,椭圆方程一般都采用等长歩距逼近法(图2),歩距值根据椭圆精度要求和编程人员经验确定。
3 凹椭圆宏程序编制
3.1 凹椭圆在宏程序中的编制原理
依据上述数学模型,用宏程序编制凹椭圆时,用椭圆标准方程为了保证等长歩距的均匀性,可以选择Δx或Δz的值为增量,在程序执行过程中根据x和z值的对应变化找到椭圆上对应的坐标点,再用相应的插补指令(G 01)遍历这些点即可。
用此方法是通用的椭圆精加工编程方法,那如何实现凹椭圆的粗加工?在现在实际加工中,多数通过机床的刀具磨损补偿值来实现粗加工,这种方法需要不断修改刀具磨损补偿值,一次又一次的执行程序,非常繁琐。有没有简便的方法呢?现可以通过循环的嵌套方法,实现凹椭圆仿形加工,原理如图3所示。
从图3上清晰的看出,只要代加工毛坯余量(U)不断递减,就可以现实凹椭圆的粗、精加工。
3.2 凹椭圆车削实例
加工凹椭圆零件如图4所示。
这是一含凹椭圆轮廓的轴类零件,表面粗糙度Ra=1.6μm,该零件毛坯d75×110的棒料。
3.2.1 凹椭圆粗加工
a)刀具轨迹
这里只介绍凹椭圆的粗加工方法。根据图3仿形原理,车刀沿着凹椭圆的轮廓仿形循环加工,背吃刀量为1.5mm,进给量0.15mm/r,留精车余量x方向1mm,粗加工轨迹如图5所示。
b)宏程序编制
1)宏程序参数如表1所示。
在粗加工中通过改变#5(x半径方向最大切削余量)的值,实现椭圆的仿形加工。
2)FANUC宏程序编制如下:
3.2.2 凹椭圆精加工
依据图3椭圆仿形加工原理,椭圆精加工就是刀具沿着椭圆轮廓轨迹走刀,所以只要把粗加工循环中#5(x半径方向最大切削余量)的值赋值为0,就实现凹椭圆的仿形精加工。
a)宏程序参数如表2所示。
b)FANUC宏程序编制如下:
4 结语
利用FANUC宏程序实现了凹椭圆轨迹编程,并根据粗、精不同要求,编制出符合实际加工的仿形椭圆循环加工程序。对于其他二次曲线,只需在本方法中改变曲线的方程即可实现,这样大大扩展了数控机床功能。
参考文献
[1]夏端武,李茂才.FANUC数控车编程加工技术[M].北京:化学工业出版社,2010.
关键词：参数单一化,宏程序,数控铣
数控编程作为数控加工的关键技术之一, 其程序的编制效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产效率, 尤其是随着数控加工不断朝高速、高精方向发展, 提高数控程序的编制质量和效率, 对于提高制造企业的竞争力有着重要的意义。
在数控铣床手工编程中, 立体图形的编写是一个难题, 往往需要利用宏程序来解决问题, 如球体铣削 (图1) , 它的加工轨迹为球心顶部开始每下一次深度连续的铣削圆, 一直铣削下球体底部的最大直径, 如果没有宏的话, 我们要依次算出每个圆的半径, 以及下刀点的坐标, 如果是个光洁度要求很高的球体的话, 计算量就很大。用了宏以后, 把半径与下刀点的函数公式输入到系统中, 宏就会自动计算出坐标与半径, 并进行铣削, 实际上宏在程序中主要起到运算的作用。
然而宏程序的编写要求思路清晰, 工艺路线合理, 数学知识强, 编程者往往会因为变量的设定困扰思路, 一般来说, 变量设定越多, 程序越复杂, 越难编写。我们经过多年的研究找到其中的一些规律, 那就是变量单元化的编程思路, 变量单元化往往会使程序大大简化, 通俗易懂。
立体五角星的铣削在数控界手工编程中, 历来是被公认的难题。查阅了许多编程者的作品, 思路很多, 方法各式各样, 但大多数编写非常繁琐, 其原因就是变量设定太多, 程序复杂。
部分程序中, 使用了循环次数过多的宏程序, 这就意味着设定了过多变量, 难度极大, 参数的计算极其复杂。
研究发现, 立体五角星的的程序编辑可以当成参数单一化编程中的典型例题。
如图2所示, 铣削一个外接圆半径为40cm的立体五角星, 五角星的高度为7cm;如图3所示, 五角星的尖角是9.926°;如图4所示, B点的坐标为 (-9.045, 12.361) 。
五角星五个角一样, 只是分布角度不同, 只要编写出一个角的程序, 另外四个角可以利用旋转与子程序调用的方法加以复制。
其中一个角可这样来编写 (如图5所示) :铣一个角, 铣刀的轨迹为经过原点O出发, 快速定位B点, 下刀一个步距深度, 从0开始到-7cm, 到A点 (走直线) , 到C点 (走直线) , 然后提刀, 到O点为一次循环。也就是说铣刀每下一次步距的深度, 铣出一个角, 随着深度的加深角的形状变大, 一直到Z的深度下到-7cm, 角的铣削循环结束, 此时角的形状为最大, 这样一个角就铣削成功了, 然后运行旋转与子程序调用的方法加以复制, 铣削四次, 五角星就铣削成功了。
从图2中, 可以发现这个角的各点坐标参数都与Z深度有关, 这样只要设定Z为变量, 其它坐标参数都与Z形成一个比如或三角函数关系, 坐标参数就会随着Z的改变而改变。
如图3所示, △OAB为五角星的一个剖视图:设Z为#1;A0为#4;∠BAO为#3;根据三角函数我们可以推导出:#4=#1/TAN[#3];
如图4所示, 为五角星一个角的俯视图, A0=#4=40cm;B点X绝对值坐标长度为9.045cm, 设为#5。Y绝对值坐标长度为12.361cm, 设为#6。#5与#4的比值关系为9.045/40=0.226;#5=0.226*#4;#6与#4的比值关系为12.361/40=0.309;#6=0.309*#4;#5, #6与#4的比值关系也与深度Z (#1) 产生比例关系;随着深度Z的改变, #4, #5, #6都会发生变化, 这样只要设定变量深度Z (#1) , #4, #5, #6也就设定好了。
研究表明:参数单一化的宏程序编写, 能够大大降低计算机的运算次数, 提高机床的切削精度, 同时可以提高程序可读性。
参考文献
[1]王想林.开放式数控系统用户宏程序的研究与实现[D].哈尔滨工业大学, 2007
[2]吕孝敏.基于宏程序的二次曲线数控加工[D].合肥工业大学, 2010
一、螺纹车削指令分析
螺纹编程指令主要有三个，适用在不同情形当中。
1. 单刀螺纹切削指令
格式：G32 X_Z_F_;
其中X、Z为螺纹切削终点的坐标值，F为螺纹的导程。其加工轨迹如图1。
2. 简单循环螺纹切削指令
格式：G92 X_Z_F_;
指令中X、Z、F的含义与G32的相同。其加工轨迹如下图。
3. 复合循环螺纹切削指令G76
格式：G76 P (m) (r) (a) Q (△dmin) R (d)
指令中m:精加工重复次数(1至99)(用两位数表示如02)
r:螺纹尾端倒角值(用两位数表示0—99L如1.2L为12 (L为导程))
a:螺纹牙型角，可选择80度、60度、55度、30度、29度、0度，用2位数指定。
△dmin:最小一次吃刀量单位是微米(最小切削深度)(数字后不准加小数点)。
d：最后一次吃刀量单位是微米(数字后不准加小数点)。
X、Z坐标：最后一刀螺纹切削的终点坐标。
i:螺纹部分的半径差，如果i=0，即为直线螺纹切削。
k:螺纹牙型角高度=0.5413P(单位是微米)，这个值在X方向用半径值指定。
△d:第一次的切削深度或叫吃刀量(单位是微米)。
F：螺纹的导程。
其轨迹如下图。
二、螺纹车削进刀方法分析
螺纹车削的进刀方法有许多种，但在数控车削中一般使用的就只有直进法和斜进法两种。
1. 直进法
车螺纹时在每次往复行程中，车刀作X向进刀，车刀两侧刃同时参加切削，经多次行程把螺纹车好的方法。此种方法的特点是操作简单，但容易产生扎刀现象，只适用于螺距较小的螺纹。指令G32和G92就是采用的这种方法。
2. 斜进法
在螺纹切削的每次行程中，车刀同时作X向和Z向单侧进刀，车刀单侧刃参加切削，多次往复把螺纹车好的方法。此种方法的特点是计算复杂，但其只用单刃切削，不易扎刀，适用于螺距较大的螺纹。指令G76就是采用的这种方法。
三、编程思路
非标准梯形螺纹具有梯形螺纹加工的共性，即牙型深、导程大，也有其个性，即牙型角是非常规的。因此可以利用宏程序适应变化的特点来解决这个问题，也就是借鉴G76指令的思路，斜向进刀可以避免车刀两侧刃都参加切削，同时沿着牙侧斜进又能保证螺纹牙型角的正确。
四、编程实例
在本例中出现的是牙型角为45°的非标准的螺纹，要加工此类螺纹首先让人想到的就是成型加工法即使用45°的螺纹成型刀。而我现选用30°梯形螺纹车刀，刀头宽度取大于槽底宽的1/2小于槽底宽，设为a，使用宏程序编程采用左右斜进法进刀。
其轨迹如下图。
程序如下：
此种方法就类似于G76的斜进法，但G76只能沿右侧斜进，而在本例中既使用G76右侧斜进的原理，又考虑左侧由于刀具牙型角不够也用斜进法来加工完成。这当中#1和#3的每次进给量可以控制螺纹左右侧表面的形状精度，在实例中选用的每次进给量为0.1，如果要求精度更高，就可以将其改小，但要注意不能太小，否则会影响系统计算时间和效率。
摘要：加工螺纹一般采用成型刀具, 非标准螺纹加工往往需要定制刀具。这不但增加了加工的成本, 而且由于刀具的误差造成螺纹牙型不正确。在此巧妙应用宏程序就能够很好地弥补不足, 收到事半功倍的效果。
关键词：螺纹加工,非标梯形螺纹,宏程序,进刀方法
参考文献
[1]王公安.车工工艺学[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2005.6 (第四版) .
[2]沈建峰.数控车床编程与操作系统集锦 (数控加工类) [M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2008.6.
【数控铣床宏程序编程 经典】推荐阅读：
数控铣床编程与操作实验报告03-08
数控铣床安全操作试题09-17
数控铣床实训题库09-21
数控铣床实训操作项目07-03
数控钻铣床电气系统控制毕业设计09-06
数控编程实习12-25
数控编程试题及答案07-05
学数控编程的学校01-25
数控编程练习与答案03-28
数控编程与加工个人简历07-05
