數控宏程序在實際生產中的應用分析

賴高清，張正

1.江西旅游商貿職業學院，江西南昌，330100；2.江西交通職業技術學院，江西南昌，330100

0 引言

數控宏程序內含變量、方程表達式、邏輯運算符，是手工編程的高級形式，功能強大且靈活。在編輯程序時，要提供相應的循環語句。編制各類程序，運用宏指令編程，可優化程序，增強機床的運動性能。還可將橢圓等非圓曲線的算法標準化，做成內部宏程序，就可以按照標準格式調用，相當于增加了系統的插補功能。

隨著數控系統的不斷完善，宏指令廣泛應用。以FANUC-0i MD系統為例，使用變量或宏指令編程，功能強大，編程直觀。

宏指令編程不直接計算各節點的具體坐標值，只列出數學公式，將復雜數據交給數控系統運算。宏程序編制時，需從零件的結構特點出發，分析零件加工表面之間的各種幾何關系，推導出各參數之間的數量關系，建立準確的數學模型。

1 宏程序與普通程序對比（以孔系加工為例）

宏程序是數控系統為用戶提供的程序研發工具，用戶可在權限允許范圍內進行系統的二次開發。與普通程序比較，宏程序可用變量，可給變量賦值，變量之間可運算，程序運行可跳轉；而普通程序，只可指定常量，常量之間不可運算，程序只按順序執行，不能跳轉，功能是固定的[1]。

例：孔系加工

孔系的零件圖如圖1所示?，F以銑孔實例對比宏程序和普通程序之間的優劣。

圖1 孔系加工

用普通程序來銑孔需要三道工序，第一道用?3中心鉆鉆點孔，第二道用?12麻花鉆鉆通?13、?16的底孔，第三道用?10鍵銑刀精銑?13、?16兩個孔。

而宏程序只需要用一把?10鍵銑刀即可，螺旋向下銑削，分層精銑?13、?16。具體加工流程如圖1所示。

1.1 程序流程

開始→初始化→孔加工循環程序→提刀→結束。

1.2 普通程序

普通程序如表1所示。

表1 普通程序

1.3 宏程序

宏程序如表2所示。

表2 宏程序

通過表1和表2的比較可以看出，宏程序加工換刀次數減少了，工序優化了，加工精度提高了，生產通用性強，只需一次編程便可永久使用，每次只需根據大小、深度等對應改變變量的賦值即可，縮短了編程時間，減少了程序員的勞動強度。缺點是刀刃的長度限制了加工深度，不像麻花鉆那樣對孔深加工。

2 宏程序與CAD/CAM生成程序對比（以橢圓加工為例）

首先，任何數控加工只要能用宏程序，再復雜，篇幅都很精練，極少會超過60行字，不用考慮數據傳輸對實際加工的影響。

其次，再復雜的零件，宏程序直接插補運算，速度快，機床運動部件響應迅速，生產效率高。而CAD/CAM軟件編程，程序量大，極容易突破系統內存，只能用DNC在線加工。

再次，生產實踐中，軟件編程較容易，但軌跡的計算原理剖析有弊端。三維加工軌跡生成的優劣，只能依靠操作員選擇的加工方式、設定的參數和誤差[2]。

故此，用什么方式編程還得看程序員和操作員自己的選擇。兩者的取舍各有優劣，需根據自己的特點自由選擇?，F以橢圓凸臺生產案例對比宏程序與CAD/CAM程序之間的優劣。

宏程序的走刀路徑如圖2所示：A→B→C→D→E→A。詳細說：從A點下刀，G01加刀補運行到B點，再逆圓切入到C點，與橢圓相切，再以0.6°增量，通過G01加工橢圓至C點，逆圓切出到E點，運行到A點過程中取消刀補，最后提刀程序結束[3]。

圖2 走刀路徑

CAD/CAM軟件編程，先在UG軟件中創建實體，再根據工藝要求創建刀具、幾何體、選擇加工方式產生刀軌，再模擬加工，最后生成程序。

2.1 程序流程

開始→加工給刀補→初始化→公式循環運算→提刀→結束。

2.2 宏程序文件

宏程序文件如表3所示。

表3 宏程序文件

2.3 CAD/CAM軟件編程加工橢圓

在UG軟件中繪制140*100橢圓，選擇外輪廓加工方法，合理選用刀具、設置最優切削三要素、最佳切削模式，生成刀具軌跡。模擬后生成加工程序。

CAD/CAM軟件程序部分文件：

O0001 N104T1M6 N106G0G90G54X-72.66Y-4.579Z100 S3500M3 N110Z5.N112G1Z-5.F500.N114X-67.663Y-4.746F300.N116G3X-62.499Y.084R5.N118G1X-62.439Y1.867 N120G2X-62.425Y2.059R2.5 N122G1X-62.167Y4.388 N124G2X-62.134Y4.602R2.5 N126G1X-61.671Y6.922 N128G2X-61.62Y7.129R2.5 N130G1X-60.952Y9.435 N132G2X-60.886Y9.632R2.5 N134G1X-60.01Y11.921 N136G2X-59.93Y12.107R2.5 N138G1X-58.844Y14.374 N140G2X-58.752Y14.548R2.5 N142G1X-57.454Y16.787 N144G2X-57.352Y16.948R2.5 N146G1X-55.839Y19.153 N148G2X-55.73Y19.3R2.5 N150G1X-53.999Y21.463 N152G2X-53.884Y21.596R2.5 N154G1X-51.935Y23.708 N156G2X-51.816Y23.829R2.5 N158G1X-49.647Y25.879 N160G2X-49.525Y25.987R2.5 N162G1X-47.138Y27.967 N164G2X-47.014Y28.063R2.5 N166G1X-44.411Y29.959 N168G2X-44.287Y30.044R2.5 N178G1X-34.994Y35.251 N180G2X-34.871Y35.307R2.5 N182G1X-31.475Y36.748 N184G2X-31.353Y36.796R2.5 N186G1X-27.787Y38.093 N188G2X-27.666Y38.134R2.5 N190G1X-23.948Y39.275 N192G2X-23.828Y39.308R2.5 N194G1X-19.975Y40.284 N196G2X-19.857Y40.311R2.5 N198G1X-15.891Y41.111 N200G2X-15.773Y41.132R2.5 N202G1X-11.716Y41.751 N204G2X-11.599Y41.766R2.5 N206G1X-7.475Y42.196 N208G2X-7.358Y42.206R2.5 N210G1X-3.193Y42.444 N212G2X-3.093Y42.448R2.5 N358G1X49.073Y-26.381 N360G2X48.95Y-26.486R2.5 N362G1X46.512Y-28.447 N364G2X46.388Y-28.54R2.5 N366G1X43.735Y-30.415 N368G2X43.611Y-30.498R2.5 N370G1X40.748Y-32.274 N420G2X-2.809Y-42.457R2.5 N470G1X-49.897Y-25.656 N472G2X-50.019Y-25.545R2.5 N474G1X-52.169Y-23.469 N476G2X-52.288Y-23.345R2.5 N478G1X-54.211Y-21.213 N480G2X-54.326Y-21.077R2.5 N482G1X-56.024Y-18.9 N484G2X-56.133Y-18.75R2.5 N486G1X-57.609Y-16.538 N488G2X-57.709Y-16.375R2.5 N490G1X-58.968Y-14.136 N492G2X-59.058Y-13.961R2.5 N494G1X-60.102Y-11.702 N496G2X-60.18Y-11.515R2.5 N498G1X-61.015Y-9.242 N500G2X-61.078Y-9.045R2.5 N502G1X-61.708Y-6.764 N504G2X-61.756Y-6.559R2.5 N506G1X-62.184Y-4.274 N508G2X-62.214Y-4.063R2.5 N510G1X-62.444Y-1.777 N512G2X-62.455Y-1.599R2.5 N514G1X-62.499Y-.072 N516G2Y.084R2.5 N518G3X-67.329Y5.248R5.N520G1X-72.326Y5.415 N524G0Z100.N526M5 N528M30

自動編程時直線逼近法導致了程序量太大，無法簡化，走刀軌跡有任何變化都得重新生成程序，沒有任何參考價值，有價值的只有走刀軌跡[4]。

在橢圓加工過程中，宏程序的簡潔是十分明顯的，易讀性高，加工及反應速度是CAD/CAM軟件無法比擬的。盡管使用各種CAD/CAM軟件來編程是主流，但手工編程仍然是最基礎的，數控的“疑難雜癥”離不開手工編程，必要時可用宏程序。其最大特點就是將有規律的形狀或尺寸用最短的程序來解決，程序簡潔，邏輯性嚴密，通用性極強，機床執行此類程序快捷，反應迅速[5]。

3 結語

數控加工自動編程被廣泛應用，但在許多零件的加工中，尤其是模塊化加工宏程序更具有邏輯性，有自動編程無法企及的優點，能極大提高加工效率和加工的準確性。

通過對比孔、橢圓外輪廓加工案例，表明宏程序簡明直觀，占用系統內存較自動編程少。首先，宏程序對FANUC系統中的各指令應用更為充分，用橢圓的參數方程進行編程，程序中無過多復雜的數據，可讀性很強。其次，宏程序使用變量，也為操作員加工系列零件提供了方便，但編宏程序時由于零件圖紙提供的尺寸有限，需要計算大量的坐標點，較自動編程更容易出錯且前期工作量很大，這對編程員的數學應用能力要求較高。盡管如此，宏程序所帶來的零件加工效率和加工精度的提高，都非常值得在實際生產中廣泛應用，比較之后可以看出，宏程序的優勢是顯而易見的。因此，在裝備制造領域數控宏程序應該根據零件的具體結構靈活應用到實際生產中，發揮出宏程序最大優勢。