宏程序在數(shù)控編程中的應(yīng)用綜述

胡翔云

(湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖北孝感432000)

隨著CAD/CAM功能越來越強(qiáng)大，宏程序在數(shù)控編程中的作用被嚴(yán)重低估，有人甚至認(rèn)為宏程序編程最終將被計算機(jī)自動編程技術(shù)所取代。實際上，宏程序在數(shù)控編程中的用途十分廣泛，特別是在高效批量編程和企業(yè)特定加工特征的編程方面有不可替代的優(yōu)勢［1］。作者就宏程序在數(shù)控編程中的用途進(jìn)行說明。

1 宏程序在方程曲線編程中的應(yīng)用

一般數(shù)控系統(tǒng)只有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能，而沒有橢圓、雙曲線、拋物線等方程曲線插補(bǔ)功能。若要加工這些方程曲線輪廓或它們所形成的曲面，可以建立用一系列短的直線段或圓弧段逼近方程曲線的數(shù)學(xué)模型，然后利用數(shù)控系統(tǒng)中的循環(huán)指令，讓數(shù)控系統(tǒng)自動計算短直線段或短圓弧段與方程曲線的節(jié)點坐標(biāo)，從而將方程曲線的編程轉(zhuǎn)化為對一系列短直線或短圓弧段的數(shù)控編程，實現(xiàn)對方程曲線的近似加工［2］。宏程序在這方面的應(yīng)用文獻(xiàn)最多，這里不再作進(jìn)一步的說明。

2 宏程序在相似零件批量編程中的應(yīng)用

對于形狀相似而尺寸不同的零件，其加工過程是相似的，編程方法也相似。這類加工特征如果采用計算機(jī)自動編程，需要對每個不同尺寸的加工特征分別編寫程序，且均要依賴經(jīng)驗豐富的CAD/CAM工程師才行。如果采用宏程序編程，可以用宏變量代表編程尺寸，然后編制參數(shù)化的宏程序 (通常編制成子程序)，存入數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)需要加工該類零件時，只需通過主程序調(diào)用這個宏程序 (通常用G65或G66代碼調(diào)用)，同時對宏程序中的變量賦值就可以了。由于該宏程序?qū)嶋H上是對一類零件編制的，因而通常也稱為批量編程［3］。編制這種宏程序 (子程序)時雖然要花比較多的時間和精力，但一旦編制成功，數(shù)控機(jī)床操作人員就不必理解宏程序中每個程序段的含義，只需了解宏變量或其字符所代表的編程尺寸就行了。當(dāng)有類似加工特征出現(xiàn)時，只需用主程序調(diào)用這個宏程序就行了，提高了加工程序的編制速度，方便操作人員使用。如在FUNAC 0i數(shù)控系統(tǒng)中，主程序中的程序段 G65P8011A23．0X100．0Y30．0 表示主程序調(diào)用宏程序O8011，并給宏程序中的宏變量#1、#24、#25分別賦值 (具體數(shù)值分別為23、100、30)。其中，A、X、Y分別為某類零件的編程尺寸，這是操作人員應(yīng)該了解的。至于宏程序O8011是如何編制的，每個程序段是什么含義，則不必了解。

3 宏程序在定制固定循環(huán)中的應(yīng)用

目前，市場主流數(shù)控系統(tǒng)為了簡化編程，均帶有一些固定循環(huán)，如數(shù)控銑床中的孔加工固定循環(huán)，數(shù)控車床中的內(nèi) (外)徑粗、精車固定循環(huán)功能等。但是相對于生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量眾多的相似加工特征而言，數(shù)控系統(tǒng)自帶的固定循環(huán)數(shù)量往往是不夠的。這時，用戶可以將重復(fù)出現(xiàn)的一類加工特征編制成參數(shù)化的宏程序，然后通過設(shè)置合適的參數(shù)即可將該宏程序定制成固定循環(huán)功能［4］，定制成功的固定循環(huán)與數(shù)控系統(tǒng)自帶的固定循環(huán)用法完全一樣。定制固定循環(huán)的方法是:

(1)從控制系統(tǒng)限定范圍內(nèi)指定宏程序號。對于FUNAC 0系列數(shù)控系統(tǒng)的宏程序，必須在O9010～O9019范圍內(nèi)指定宏程序名。

(2)把選擇的G代碼或M代碼作為宏程序名對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

如FUNAC 0系列數(shù)控系統(tǒng)中的系統(tǒng)變量#220～#229分別對應(yīng)宏程序名O9010～O9019，如果要將宏程序O9010設(shè)置成固定循環(huán)G251，只需將系統(tǒng)參數(shù)#220中的數(shù)值寫成251就行了。

4 宏程序在自動報警中的應(yīng)用

宏程序可以用來檢查許多錯誤條件 (如宏變量賦值錯誤、在線測量得到的數(shù)據(jù)超差等)，并以報警或出錯條件的形式給數(shù)控機(jī)床操作人員以提示。在FUNAC 0i數(shù)控系統(tǒng)中，報警信息是通過系統(tǒng)變量#3000實現(xiàn)的。如在某程序中，要檢查半徑R是否在0～50范圍內(nèi)取值，如果超出該范圍，給出“半徑太大的提示”，程序如下:

O1234(加工主程序)

G65 P 9000 R2．5;主程序調(diào)用宏程序O9000，并給變量#18(對應(yīng)賦值字母為R)賦值2．5。

…

M30;

O9000(子程序)

…

N50 IF ［#18GT50．0］ GOTO1005;如果條件R≥50成立，跳轉(zhuǎn)到N1005程序段，否則開始執(zhí)行下面的程序段 (N60)。

N60…

N1005#3000=115(Radius is too large);115號報警，提示信息:半徑太大了

M99;

5 宏程序在自動測量中的應(yīng)用

將測量元件 (通常為探針)安裝在刀庫中，給探針一個專門的編號 (刀具號)。要進(jìn)行測量時，通過自動換刀指令選定探針，并安裝到主軸上進(jìn)行測量。具有自動檢測功能的數(shù)控機(jī)床必須具有“接觸跳出”功能。在FUNUC 0i數(shù)控系統(tǒng)中用G31指令實現(xiàn)這種功能。其作用是:G31指令控制探針定位到目標(biāo)點，如果在到達(dá)目標(biāo)點之前探針接觸到工件，程序跳出余下的運動并存儲當(dāng)前位置信息，以保護(hù)探針不會被損壞，如圖1所示。對位置信息進(jìn)行處理，可以測量高度、寬度等長度尺寸。運用宏程序，還可以將實測值與設(shè)計值進(jìn)行比較，并判別尺寸是否超差。從程序中提取位置信息進(jìn)行數(shù)學(xué)處理要用到系統(tǒng)變量。下面是用于測量孔直徑并與設(shè)計值進(jìn)行比較的程序，從中可以看出宏程序用于測量時的基本方法。

圖1 G31接觸跳出示意圖

……

G91G01X ［#7-#24］ F ［4*#9］;//從目標(biāo)右側(cè)移開Δx(X+方向)

G31X［#7+#24］F#9;//在探針接觸到孔壁時跳出其余的X軸運動 (X+方向)

#103=#5061;//有跳出信號時存儲X的位置信息 (X+方向)

G90G01X#101F［4*#9］;//在X方向上返回到起始點

G91X- ［#7-#24］;//從目標(biāo)左側(cè)移開 Δx(X-方向)

G31X-［#7+#24］F#9;//在探針接觸到孔壁時跳出其余的X軸運動 (X-方向)

#104=#5061;//有跳出信號時存儲X的位置信息 (X-方向)

G90G01X#101F［4*#9］;//在X方向上返回到起始點

#105=ABS［#103-#104］;//計算 X 軸方向的兩極限位置探針的球心距

G91G01Y［#7-#25］;//從目標(biāo)一側(cè)移開Δy(9 mm)(Y+方向)

G31Y［#7+#25］F#9;//在探針接觸到孔壁時跳出其余的Y軸運動 (Y+方向)

#106=#5062;//有跳出信號時存儲Y的位置信息 (Y+方向)

G90G01Y#102F［4*#9］;//在Y方向上返回到起始點

G91Y-［#7-#25］;//從目標(biāo)另一側(cè)移開 Δy(Y-方向)

G31Y-［#7+#25］F#9;//在探針接觸到孔壁時跳出其余的Y軸運動 (Y-方向)

#107=#5062;//有跳出信號時存儲Y的位置信息 (Y-方向)

G90G01Y#102F［4*#9］;//在Y方向上返回到起始點

#108=ABS［#106-#107］;//計算 Y軸方向的兩極限位置探針的球心距

#109= ［#105+#108］ /2+2*#18;//計算孔的實測直徑 (取X、Y兩個方向的平均值)

IF［［#109-#7］ LE0］ GOTO970;//比較實測值與預(yù)期值，如小于預(yù)期值，跳轉(zhuǎn)到N970進(jìn)行報警提示

……

6 宏程序在偏置控制中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床加工時采用的偏置有3種類型:工件偏置 (編程原點選擇、鏡像、旋轉(zhuǎn)等)、刀具長度偏置、刀具半徑偏置。使用宏程序，偏置量可以通過程序輸入、清除、檢查、更新，而不需要在停機(jī)狀態(tài)下通過手動輸入。如FUNUC控制器中通過系統(tǒng)變量#2501、#2601可對工件坐標(biāo)系G54進(jìn)行更新。如:

#2501=#2501+#106;//將#106中的數(shù)值加到G54坐標(biāo)系中X坐標(biāo)中

#2601=#2601+#110;//將#110中的數(shù)值加到G54坐標(biāo)系中Y坐標(biāo)中

程序運行后，工件坐標(biāo)系自動進(jìn)行了更新，而不需要手動更新，這種方法在工件原點定位 (如將工件原點定位于孔的中央)中應(yīng)用較多。一般要用探針測量后才能得到準(zhǔn)確的偏置值。

7 宏程序在其他方面的應(yīng)用

宏程序還可用于加工計時、刀具壽命管理、刀具磨損和折斷的檢測、工作臺或托盤分度、已加工零件的計數(shù)、控制程序的外部輸出等眾多方面。這里僅以宏程序用于計時的應(yīng)用作說明。

在FUNUC控制器中，#3001、#3002、#3011、#3012是控制時間的系統(tǒng)變量，其作用如表1所示。利用它們可以對程序運行時間進(jìn)行記時。如:

#3001=0;//復(fù)位清零，從0開始計數(shù)

M98P8201;//調(diào)用子程序O8201

N109;//空程序段用來保證計數(shù)值的精確性

#101=#3001;//提取計時值，得到執(zhí)行子程序所需要的時間

M00;//程序暫停，以檢查變量的顯示值

……

表1 控制時間的系統(tǒng)變量

8 結(jié)束語

宏程序在數(shù)控編程及數(shù)控機(jī)床某些動作的控制方面有十分廣泛的用途，在很多方面的作用是CAD/CAM技術(shù)所不能替代的。數(shù)控系統(tǒng)配備的用戶宏程序功能為用戶開發(fā)個性化的功能提供了方便。

【1】SMID Peter．FANUC數(shù)控系統(tǒng)用戶宏程序與編程技巧［M］．羅學(xué)科，趙玉俠，劉瑛，等，譯．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:239-251．

【2】姜海，王明旭，田春艷．宏指令編程在函數(shù)方程曲線加工中的應(yīng)用［J］．機(jī)床與液壓，2002(5):158-161．

【3】郭勝輝．參數(shù)編程在數(shù)控車削加工中的應(yīng)用［J］．組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2010(2):69-72．

【4】胡翔云．橢圓臺類零件加工數(shù)學(xué)模型及宏程序［J］．煤礦機(jī)械，2012(7):146-148．