淺談宏程序編程

摘 要：隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的日益普及，數(shù)控加工得到廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越多的人正在學(xué)習(xí)和使用數(shù)控編程。目前在我國(guó)的數(shù)控行業(yè)中，對(duì)于簡(jiǎn)單的二維加工編程，大多數(shù)人習(xí)慣使用手工編程（這里所指的手工編程實(shí)際是指普通程序編程），而對(duì)于曲面類的零件加工一般都是使用自動(dòng)編程（此處所指的自動(dòng)編程主要是指CAD/CAM軟件自動(dòng)編程）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而使用宏程序編程的人少之又少，甚至有人根本不知道。那么宏程序是什么呢？宏程序到底有什么作用呢？本文就此問(wèn)題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：普通程序編程 宏程序編程 CAD/CAM軟件編程

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0013-02

1 數(shù)控編程的種類和概念

數(shù)控編程一般分為兩類：即手工編程和CAD/CAM自動(dòng)編程，采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)具體的零件加工形狀的難易程度而定。

1.1 手工編程

手工編程就是從分析零件圖樣、確定加工工藝過(guò)程、數(shù)值計(jì)算、編寫(xiě)零件加工程序單、程序輸入數(shù)控系統(tǒng)到程序校驗(yàn)都由人工完成。手工編程又可分為普通程序編程和宏程序編程。所謂普通程序編程，其實(shí)是相對(duì)于宏程序編程而言的，它是大多數(shù)人經(jīng)常使用的手工編程方法，這種編程方法是使用ISO代碼或其它標(biāo)準(zhǔn)代碼指令編程，每個(gè)代碼的功能是固定的，由系統(tǒng)生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)，使用者只需也只能按照規(guī)定編程，所有的參數(shù)坐標(biāo)都是事先定好的。但有時(shí)候這些固定格式的指令不能滿足用戶靈活的需求，如圖1所示的孔系，如果加工時(shí)孔的數(shù)量、分布直徑等隨時(shí)依據(jù)情況變化時(shí)，使用固定坐標(biāo)的程序顯然不夠靈活。因此，數(shù)控系統(tǒng)提供了用戶宏程序，使編程更具靈活性。

1.2 CAD/CAM自動(dòng)編程

CAD/CAM自動(dòng)編程也叫計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程，它是以待加工零件CAD模型為基礎(chǔ)的一種集加工工藝規(guī)劃及數(shù)控編程為一體的自動(dòng)編程方法。它的編程過(guò)程是借助于自動(dòng)編程軟件，在電腦上進(jìn)行零件加工建模，選擇機(jī)床和刀具，確定刀具運(yùn)動(dòng)方式、切削加工參數(shù)，自動(dòng)生成刀具軌跡和程序代碼。最后經(jīng)過(guò)后置處理，按照所使用機(jī)床規(guī)定的文件格式生成加工程序。通過(guò)串行通信的方式，將加工程序傳送到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控單元。目前主要自動(dòng)編程軟件有UG、Cimatron、MasterCAM、CATIA、CAXA等。

2 宏程序編程和普通程序編程的比較

2.1 程序比較

用戶宏程序和普通程序存在一定的區(qū)別，表1是它們的簡(jiǎn)要對(duì)比。

2.2 功能比較

普通程序編程對(duì)于較簡(jiǎn)單的二維加工具有靈活、方便、快捷的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于某些二維加工卻顯得臃長(zhǎng)，如用數(shù)控銑床加工圖2所示的平底圓槽，假設(shè)現(xiàn)有銑刀為Φ16，由外向里加工，行距為12 mm，只加工一層2 mm深，下面按FANUC0i系統(tǒng)分別用普通程序和宏程序進(jìn)行編程。

普通程序編程如下：

00001 M03S800

G54G90G00X52.Y0Z100 Z5

G01Z-2F40 G02I-52F200

G01X40 G02I-40

G01X28 G02I-28

G01X16 G02I-16

G01X4 G02I-4

G00Z100 M30

宏程序編程如下：

00002 G01X#1F200

M03S800 G02I[-#1]

G54G90G00X52Y0Z100 #1=#1-12

Z5 END 1

G01Z-2F40 G00Z100.

#1=52 M30

WHILE[#1 GT 6] DO 1

由上面可以看出，宏程序編程要比普通程序編程顯得簡(jiǎn)潔、靈活，因?yàn)槿綦S著加工圓槽的半徑變大、刀具半徑變小，普通程序編程的程序會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，修改也很不方便，而宏程序編程的程序不會(huì)變長(zhǎng)，只要改變幾個(gè)相應(yīng)的參數(shù)，或把這幾個(gè)參數(shù)也設(shè)為變量將更加簡(jiǎn)便。

另外，對(duì)于一些有規(guī)律的可以用公式表達(dá)的曲線或曲面，普通程序編程是望塵莫及的，而宏程序編程更顯出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如圖3所示的橢圓槽加工，普通程序編程難以完成，而用宏程序編程則較容易。

假設(shè)現(xiàn)有銑刀為Φ8，由外向里加工，行距為6 mm，只加工一層2 mm深，下面按FANUC0i系統(tǒng)用宏程序進(jìn)行編程。

宏程序編程： WHILE[#1 LE 360]DO 1

O0003 #4=#2*COS[#1]

M03S800 #5=#2*SIN[#1]

G54G90G00X36Y0Z100 G01X#4 Y#5F200

Z10 #1=#1+1

G01Z-2F40 END 1

#2=36 #2=#2-6

#3=26 #3=#3-6

WHILE[#3GE 0]DO 2 END 2

G01X#2F200 G00 Z100

#1=0 M30

3 宏程序編程的特點(diǎn)

宏程序編程的最大特點(diǎn)，就是將有規(guī)律的形狀或尺寸用最短的程序表示出來(lái)，具有極好的易讀性和易修改性，編寫(xiě)出的程序非常簡(jiǎn)潔，邏輯嚴(yán)密，通用性極強(qiáng)，而且機(jī)床在執(zhí)行此類程序時(shí)，較執(zhí)行CAD/CAM軟件生成的程序更加快捷，反應(yīng)更迅速。

宏程序具有靈活性、通用性和智能性等特點(diǎn)，例如對(duì)于規(guī)則曲面的編程來(lái)說(shuō)，使用CAD/CAM軟件編程一般都具有工作量大，程序龐大，加工參數(shù)不易修改等缺點(diǎn)，只要任何一樣加工參數(shù)發(fā)生變化，再智能的軟件也要根據(jù)變化后的加工參數(shù)重新計(jì)算道刀具軌跡，盡管計(jì)算速度非?？?，但始終是個(gè)比較麻煩的過(guò)程。而宏程序則注重把機(jī)床功能參數(shù)與編程語(yǔ)言結(jié)合，而且靈活的參數(shù)設(shè)置也使機(jī)床具有最佳的工作性能，同時(shí)也給予操作工人極大的自由調(diào)整空間。

從模塊化加工的角度看，宏程序最具有模塊化的思想和資質(zhì)條件，編程人員只需要根據(jù)零件幾何信息和不同的數(shù)學(xué)模型即可完成相應(yīng)的模塊化加工程序設(shè)計(jì)，應(yīng)用時(shí)只需要把零件信息、加工參數(shù)等輸入到相應(yīng)模塊的調(diào)用語(yǔ)句中，就能使編程人員從繁瑣的、大量重復(fù)性的編程工作中解脫出來(lái)，有一勞永逸的效果。

另外，由于宏程序基本上包含了所有的加工信息（如所使用刀具的幾何尺寸信息等），而且非常簡(jiǎn)明、直觀，通過(guò)簡(jiǎn)單地存儲(chǔ)和調(diào)用，就可以很方便地重現(xiàn)當(dāng)時(shí)的加工狀態(tài)，給周期性的生產(chǎn)特別是不定期的間隔式生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利。

4 宏程序和CAD/CAM軟件生成程序的加工性能比較

任何數(shù)控加工只要能夠用宏程序完整地表達(dá)，即使再?gòu)?fù)雜，其程序篇幅都比較短，一般很少超過(guò)60行，至多不過(guò)2KB。

一方面，宏程序天生短小精悍，即使是最廉價(jià)的數(shù)控系統(tǒng)，其內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間也會(huì)有10KB左右，完全容納得下任何復(fù)雜的宏程序，因此不像CAD/CAM軟件那樣需考慮機(jī)床與外部電腦的傳輸速度對(duì)實(shí)際加工速度的影響問(wèn)題。

另一方面，為了對(duì)復(fù)雜的加工運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述，宏程序必然會(huì)最大限度地使用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的各種指令代碼，例如直線插補(bǔ)G01指令和圓弧插補(bǔ)G02/G03指令等。因此機(jī)床在執(zhí)行宏程序時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可以直接進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，且運(yùn)算速度極快，再加上伺服電機(jī)和機(jī)床的迅速響應(yīng)，使得加工效率極高。

而對(duì)于CAD/CAM軟件生成的程序，情況要復(fù)雜得多。

再舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如用銑刀以螺旋方式加工內(nèi)圓孔，使用宏程序不僅非常簡(jiǎn)短，而且機(jī)床實(shí)際運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行進(jìn)給速度F=2000 mm/min都可以保持非常均勻、快速的螺旋運(yùn)動(dòng)；而在Cimatron軟件中，即使通過(guò)使用外部用戶功能生成相似的刀具軌跡，但刀具軌跡是根據(jù)給定的誤差值用G01逐段逼近實(shí)現(xiàn)的，其程序就比宏程序大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而且即使把整個(gè)程序都存入到機(jī)床的控制系統(tǒng)中，當(dāng)機(jī)床運(yùn)行時(shí)的實(shí)際速度上不去，進(jìn)給速度小于600 mm/min時(shí)還不明顯，如果F設(shè)定為1000 mm/min左右，就可以看到機(jī)床在明顯的“顫抖”。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，宏程序能簡(jiǎn)化二維編程中普通程序編程的繁瑣問(wèn)題，能解決二維編程中普通程序編程不能解決的有規(guī)律的曲線和曲面編程問(wèn)題。另外，在加工有規(guī)律的曲面時(shí)，宏程序能克服CAD/CAM軟件編程所無(wú)法避免的加工問(wèn)題。所以，宏程序編程具有普通程序編程和CAD/CAM軟件編程無(wú)法替代的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及其應(yīng)用實(shí)例.

[2]謝曉紅.數(shù)控車削編程與加工技術(shù).

[3]張英偉.數(shù)控銑削編程與加工技術(shù).