基于FANUC系统宏程序的典型零件加工

1、毕 业 论 文论文题目 基于FANUC数控系统宏程序的典型零件加工 系 别 机电工程系 专 业 数控技术 班 级 091 学 号 34 学生姓名 孙杰 指导教师 陈强 完成时间 2011 年 11 月摘要宏程序是对数控系统的一种功能扩展，即在其功能平台上进行开发，开发出来的程序称之为宏程序。宏程序是数控系统中一种具有计算能力和决策能力的数控程序，也可称之为参数化编程。论文首先从数控宏指令的特点、加工零件的范围着手，对用户宏程序B的数学应用基础、变量赋值、运算、循环、转移等功能，及非模态指令G65、G66/G67，G和M代码指令的调用进行说明。然后，基于FANUC数控系统的宏程序，解决自动编程中

2、无法进行参数化编程的难题，编制出可在数控车床上加工的椭圆O8001、双曲线O8002、抛物线O8003三种二次曲线的走刀指令，实现非圆曲线的二次开发。同时，采用FANUC数控系统宏程序对数控铣床上典型工序模型凸台、斜面、以及包含各类二次圆锥曲线的曲面等进行编程及仿真加工，有利于实现程序模块化，并达到较高的效率。最后，应用宏程序对椭圆手柄、平行四边形框点式孔群两种典型零件进行编程和仿真加工，验证宏程序加工的特点。用户宏程序B可以使用数学函数进行参数编程，实现编程的参数化，无需进行大量繁琐的计算。其次，它还具有通用性，参数易于修改、程序可循环使用等特点。在相似的工序中，修改相关参数即可实现宏程序多

3、次使用。关键词： 宏程序 参数化 自动编程IBased On FANUC Macro Program For The Typical CNC MachiningAbstractMacroprogram is a kind of function expansion to the CNC system, namely, we can develop on its function platform ,we call the program what is developed out as the macroprogram. Macroprogram is a kind of CNC progra

4、m which keeps the calculating power and decision power, also called nc parametric programming.Firstly, the essay begins with the feature of CNC macro instrucion and the scope of processing pieces, explaining the function of mathematical application basis user macroprogram B, variable assignment, ope

5、ration circle, shift and transferring the non-modal order G65,G66G67,the code order of G and M. Secondly, it bases on the macroprogram of FANUC CNC system, solving the problem of unable parameterization programming during automatic programming, compiling out the knife order of the oval 08001, hyperb

6、olic cure 08002, parabolic curve 08003 three kinds quadratic curve which can work on the NCN lathe, and realized secondary development of the non-circular curve. At the same time, we can use the FANUC CNC system macroprogram to compile and process the typical production model boss, obliquity, and th

7、e curved surface of all kinds off secondary cone curve on the CNC lathe. It is beneficial to realize the program modeling and achieve higher efficiency. Finally, we can apply macroprogram to compile and process on the two typical parts of oval rein and orifice parallelogram. We also can check the wo

8、rking feature of marcoprogram.We use the mathematical function to make a parameteic program to the user marcoprogram and realize the parameterization programming. It is unnecessary to carry on so hitty-gritty calculation.Secondly, it also has the feature of generality, the parameter is easy to be re

9、vised and program can cyclic utilization. On the same production, we can realize macroprogram multiple use when we revise the related parameter.Key word： macro program Parametric Automatic programmingII目录第一章 绪论 . 11.1宏程序的定义 . 11.2 宏程序的发展现状 . 11.3宏程序的编程特点 . 21.4适用宏程序加工的内容 . 31.5宏程序与普通编程的比较 . 4第二章 宏程序

10、数学基础应用 . 5第三章 用户宏程序转移和循环 . 93.1变量 . 93.2算术与逻辑运算 . 113.3 转移与循环 . 13第四章 宏程序功能 . 174.1 用户宏程序A . 174.2用户宏指令B . 184.3 宏程序语句的处理以及使用限制 . 23第五章 宏程序在数控车/铣床的应用 . 245.1 数控车床非圆二次曲线的走刀宏程序 . 245.2 数控铣床单一工序宏程序模块化编程 . 255.3 小结 . 39第六章FANUC车床宏程序的典型零件加工实例一 . 406.1加工方案选择及确定 . 406.2椭圆手柄工艺分析 . 416.3椭圆手柄宏程序编程加工 . 446.4 M

11、ASTERCAM软件自动编程 . 486.5宏程序加工的实体模型分析 . 52第七章FANUC铣床宏程序的典型零件加工实例二 . 547.1平行四边形框式点阵孔群零件图 . 54 III7.2平行四边形框点式孔群零件工艺分析 . 567.3编程 . 567.4仿真加工图 . 587.5本章小结 . 59第八章 结论 . 60参考文献 . 61附录 . 62致谢 . 63IV第一章 绪论1.1宏程序的含义一般意义而言，数控指令是指ISO代码指令编程，即每一指令的功能是固定的，由系统厂家生产，使用者只需且只能按照机床的控制规定编程即可。但有时这些指令满足不了用户的需求，系统因此提供了用户宏程序平台

12、，用户可以对数控系统进行一定的功能扩展，即在数控系统宏程序功能的平台上进行开发，其开发出来的程序就是宏程序。宏程序是数控系统中一种具有计算能力和决策能力的数控程序，简单而言，即采用参数化编程就称之为宏程序。1.2 宏程序的发展现状随着数控机床的普及和数控技术的推广，我国也被誉为“世界工厂”、“制造大国，我国制造工业飞速发展的同时，与世界制造先进水平的差距在不断缩小，而作为现代制造技术的灵魂及核心，数控加工技术也得到了广泛的应用，各类CAD/CAM软件的应用日趋普及，特别是在数控三维曲面加工中手工编程几乎已无用武之地然而强大的思维定式和使用习惯，使得编程人员不论程序大小、加工难易都习惯使用CAD

13、/CAM软件来编程，手工编程似乎被遗忘了，而在学习手工编程时只是简单地学习基本的编程指令。在国外，特别是日本，日本的机械行业的自动化、智能化、数控化程度不在我国之下，CAD/CAM软件也非常流行、普遍，但日本并没有因此而忽略和削弱对编程能力的基本功要求，因此在企业的生中，手工编程依然存在。宏程序作为一个数控机床厂为满足用户进行二次开发编程使用平台，也是手工编程的核心，我国的数控技术是在2000年以后才得到广泛的推广与使用，并且在我国有相当一部分数控机床是通过普通机床改造而得到，机床的数控系统绝大多数是低级的版本，并且数控技术早期发展时厂家也仅仅是研发了用户宏程序A（详见第四章），用户宏程序A代

14、码定义不明显，编辑用户宏程序A困难，而且无法使用运算符，这使得用户对用户宏程序A产生厌恶的感觉。随着技术的发展，数控机床的厂家也对宏程序编程的平台进行了升级与提高，在推出用户宏程序B之时已经无人问津了，原因很简单：一是上述所说的用户宏程序A不完善，让用户产生厌恶的感觉；二是宏程序的编程需要一定的汇编语言以及数学模型基础，而一般编程仅学习普通固定循环指令，且没有学习汇编语言；三是我国对宏程序研究相对很少，同时数控设备公司对技术的封锁。以上原因均影响了宏程序在我 1国的应用与发展。1.3宏程序的编程特点宏程序编程虽然比普通的编程难掌握很多，但是在企业生产中却有着较多的应用，特别是有些特殊曲面的零件

15、只能用宏程序或自动编程来处理。宏程序编程主要有以下方面的特点。1.3.1 高效数控加工中常遇到数量少，品种多，有规则几何形状的零件，在编程时只要稍加分析和总结，找出它们之间的共同点，把这些共同点设为变量应用到程序中，编出一个宏程序，通过改变其中的赋值，就可以进行零件加工，有效节省编程时间，而且在运用时准确性也得到提高。如果使用CAD/CAM自动编程软件，对于此类零件需要重新绘制图形，设置走刀路线，实体切削验证，执行后处理以及向机床传输程序后才可以进行加工。此外宏程序短小，执行效率高。即加工一个零件仅仅节省1s，成千上万的相同零件合计起来节省的时间也就非常可观了。1.3.2经济在实际生产中，经常

16、会出现许多结构相似，但品种多，数量少的零件，这些零件在某些特征上变化不定，按常规加工方法，往往需要用成型刀具加工。但是零件品种多，所以成型刀具数量很多，定做一把成型铣刀要比普通的铣刀费用高出23倍。为了降低加工成本，采用宏程序编程，就可以解决此类问题。同时许多在实际加工中必须依靠球头铣刀加工的零件，采用宏程序编程，只需要平底铣刀就可以解决。1.3.3加工质量好如果比较宏程序与软件编程，对于软件编程而言，通常编制的曲面加工程序的容量比较大，而常用的数控系统的标准配置一般为128KB或是256KB（机械工程训练中心的机床是512KB），当程序的大小超出机床的存储容量时，用户就要考虑在线加工了。在线

17、加工时，会出现程序的传输速率跟不上机床的节拍，原因是常见的数控系统（如GSK980TDa）所支持的RS232接口最大传输波特率为19200 bit/s。当计算机精度较高、进给速度值比较大时，在实际加工中就可以看到机床的进给运动有明显的断续、迟滞。使用宏程序编程时，即使是复杂的数控加工程序，其篇幅也是精简。通常一个正常合理优化的宏程序，一般不会超过60行，换算成字节，最多不超过2KB， 2根本不用在线加工，也就没有加工断续的现象。从用户使用宏程序角度讲，使用CAD/CAM软件来生成刀具轨迹及加工程序是非常容易的。但是剖析CAD/CAM软件计算刀具轨迹的原理，就知道存在一定的弊端。在CAD/CAM

18、自动编程软件中，无论构造规则或不规则曲面，都有一个数学运算过程，也必然存在计算的误差和处理，而在对其生产三维加工刀具轨迹时，软件是根据操作者所选择的加工方式，设定加工参数，并结合设定的加工误差，使刀具与加工表面的接触逐点移动完成加工。从本质上看，其实是在允许的误差值范围内沿每条路径用直线去逼近曲面的过程。使用宏程序时，为了对复杂的加工运动进行描述，变量编程，比如会最大限度地使用数控系统内部的各种指令（如G01、G02/G03等），因此机床在执行宏程序编程时，数控系统的工业计算机可以直接进行插补运算，且运算速度极快，在加工伺服电动机和机床的迅速响应下，使得加工效率很高，加工质量更好。1.4适用于

19、宏程序加工的内容1.4.1 加工工艺的优化机械零件绝大多数都是批量生产，在保证质量的前提下，要求最大限度提高加工效率，以降低生产成本，同时零件批量生产的几何尺寸精度和形状位置精度都要保证高度的一致性。加工工艺的优化主要是数控加工程序的优化，要求操作者非常方便、快速地调整生产过程的加工参数（如刀具尺寸、刀具补偿值、层降、步距、计算精度等），宏程序在这方面有强大的优越性。使用宏程序编程加工时，操作者根本不需触动程序本身，只需针对各项加工参数所对应的自变量赋值做出个别调整，就能调整到最优化的状态。1.4.2 保证几何参数曲面的加工机械零件的形状主要是各种凸台、凹槽、圆孔、斜平面、回转面等组合体。构成

20、其几何因素无外乎点、直线、圆弧、各种二次圆锥曲线（椭圆、抛物线、双曲线）等，这些都是基于三角函数、解析几何的数学应用。上述的直线或曲线在数学上均可以用三角函数表达式、解析方程式以及参数方程加以表达。因此宏程序有广泛的应用空间，能发挥较强的作用。1.4.3 特殊螺纹的加工机械零件还有一些很特殊的应用，如变螺距螺纹加工，运用宏程序切削变螺距螺纹，在循环中只需要每转动一圈，对螺距进行递增（递减）一定量，这样就 3可以实现加工过程中螺距的变化。1.5宏程序与普通编程的比较宏程序与普通编程存在一定的区别，如表1-1。表1-1宏程序与普通编程的简要对比从上述表中可以看出，宏程序与普通编程之间的差别。 4第

21、二章宏程序数学基础应用宏程序的应用离不开相关的数学知识，尤其是中学的基础知识，其中三角函数、解析几何是最重要、最直接的数学基础，要编制出精简的加工用宏程序。一方面要求编程者具有相应的工艺知识和经验，即确定合理的刀具、走刀路线（或走刀方式），另一方面也要求编程者具有相应的数学知识，即如何将上述的意图通过逻辑严密的数学语言，配合标准的格式语句加以表达出来这是手段。在宏程序编程应用中，充分了解曲线的标准方程和参数方程的转换，非圆曲线采用的编程均是参数编程，因此本论文使用图形、表格的形式简单总结以下三种常用曲线的标准方程及参数方程。二次曲线的定义是：从动点P到定点F的距离PF到定直线的距离PF之比为定

22、值，叫离心率，即PF：PH=。如果小于1，则动点P的轨迹为椭圆；如果等于1，则动点P的轨迹为抛物线，如果>1，则动点P的轨迹为双曲线。此时，定点F称为焦点，定直线称为准线。椭圆和双曲线（及其退去形式）称为有心二次曲线，抛物线（及其退化形式）称为无心二次曲线。二次曲线在立体几何上都是由一平面以不同角度与标准圆锥面相割而得到的截面线，又称之为圆锥曲线。在工程实践中，二次曲线的应用非常广泛，在此不再赘述。图2-1 椭圆图形5表2-1椭圆方程参数6图2-2双曲线图形 表2-2双曲线方程参数7图2-3抛物线图形表2-3抛物线方程参数8第三章用户宏程序转移和循环FANUC数控系统提供两种用户宏程序，

23、即用户宏程序功能A和用宏程序功能B。用户宏程序功能A是FANUC数控系统的标准配置功能，任何配置的FANUC数控系统都具备这个功能。用户宏程序功能B是用户宏程序功能A的升级，虽然不是FANUC数控系统的标准配置功能，但是绝大部分的FANUC数控系统也都支持宏程序功能B；同时变量的转移与循环是宏程序编程的关键，而变量的使用则为循环提供的条件。3.1变量3.1.1变量表示相对计算机而言，计算机可以直接使用变量，而数控系统中的宏程序不能直接使用，变量需要使用变量符号“#”加上后面的变量号指定，如#1。变量在数控系统中，分三种类型，分别是：局部变量、公共变量和系统变量。局部变量：在局部变量中，当断电时

24、，局部变量变量被初始化为空，调用宏程序时，自变量对局部变量赋值。公共变量：断电时变量#100-#199初始化为空，变量#500#999的数据保存，即使断电也不会丢失数据。3.1.2自变量的指定在宏程序中，有两种不同的指定形式，第一种自变量指定使用除了G、L、O、N、P之外的字母，每个字母指定一次；第二种自变量指定使用A、B、C和、Ii、 Ji、Ki（i为110），根据使用字母自动决定自变量指定的类型。9表3-2 自变量指定I使用自变量I时必须考虑以下两点：（1）不需要指定的地址可以省略，对应于省略地址的局部变量为空。 （2）地址不需要按字母顺序指定，但是应符合字母地址的格式，I、J、K这三个需

25、要按字母的顺序指定。表3-3 自变量指定使用自变量指定时，需要注意的是：（1）自变量指定格式使用前，任何自变量前必须指定G65。（2）自变量指定、混合使用，CNC内部系统会自动识别自变量和自变量，当混合使用时，系统会默认自变量指定格式。（3）不带小数点的自变量，其数据为各地址的最小设定单位，传递不带小数的自变量，其值会根据机床实际的系统配置变化。在宏程序调用中，使用小数点可使程序兼容性更好。103.2算术与逻辑运算3.2.1算术运算在FANUC数控系统中，一般的编程都是只能使用数值加工无法使用函数运算。宏程序中，一般都不适用数值，使用函数方程式运算。3.2.2 混合运算的运算顺序表3-2中函数

26、与函数之间的运算，如数学中运算一样，有运算优先级，其顺序与数学中的定义一样，优先级顺序从高到底依次如图3-1所示。11函数运算乘法与除法运算加法与减法运算图3-1计算优先级流程图3.2.3 括号嵌套在数控宏程序编程中，对于程序中出现多层运算的时候，可以使用“”进行改变运算的顺序，最里面层的”优先运算。括号内最多可以嵌套5个“”，3.2.4运算精度无论是计算机系统还是数控系统，在计算过程中避免不了会产生误差，宏程序运算过程中也不例外，而数控机床加工的零件，精度要求均是比较高，因此在使用用户宏程序也必须考虑。在FANUC数控系统中，用户宏程序处理数据运算时，误差所使用的格式是浮点格式：M 2E,并

27、且每次进行用户宏程序运算中，都产生一次误差，重复计算的过程中，误差会积累相加。FANUC数控系统宏程序在运算过程中误差的精度见表3-5。表3-5 FANUC数控系统运算误差表12由此可见，运用用户宏程序运算误差非常小，精确度非常高，对于一般的加工，都能都达到图纸所需要的精度。3.3 转移与循环在计算机C语言中，可以使用IF语句和WHILE语句改变程序的运行方向。宏程序中，使用GOTO语句和IF语句改变程序的流向，FANUC数控系统提供了三种转移与循环。表3-6 转移与循环表3.3.1无条件转移及条件转移（1）无条件转移：GOTO n ；（2）条件转移：IF条件表达式 GOTO n；n顺序号为1

28、9999的数值当运用无条件转移时，只要执行到该含GOTO的程序段后，程序就会调用到n程序段，执行相关的程序（一般很少使用到无条件转移）。采用条件转移，则需要条件表达式进行比较，条件表达式包含有两个变量以及用于比较的运算符，当条件满足时，即可跳到GOTO所指定的程序段执行程序。条件不满足条件满足图3-2条件转移流程图133.3.2 循环在宏程序中，为了得到程序的简洁、精悍的效果，因此有些程序需要循环使用，这就使需要使用循环语句进行循环，在宏程序中，除了使用转移格式可以达到循环的效果以外，数控系统还提供WHLIE语句执行循环。WHILE条件表达式Do /（GOTO）n；条件满足不满足条件END n

29、； · · ·图3-3 WHILE·· ···DO循环流程图顺序号n为19999的数值，WHILW循环与IF转移执行程序很相似，不同之处是其一：使用IF···GOTO n；语句是当条件不满足的时候，继续执行程序，满足条件则跳出转移；而WHILE···DO/（GOTO） n；语句则是当条件满足之时，执行程序，不满足则跳出循环。其二：IF···GOTO n；语句不能嵌套使用，仅仅能使用一次；而WHILE··&#

30、183;DO/（GOTO） n；语句在内部循环中可以嵌套使用，其嵌套可以是：14（1）多次使用WHILE···DO 循环····图3-4 WHILE··· ···DO多次循环流程图15（2）WHILE···DO 循环3次嵌套：图3-5 WHILE··· ···DO多次嵌套循环流程图（3）条件转移可以跳出循环图3-6 IF条件跳出WHILE··· &

31、#183;··DO循环流程图在多次嵌套循环中，必须如计算机C汇编语言一样，实现WHILE··· DO语句的成对出现。在条件转移跳出循环中，也需要严格执行其格式，不能颠倒顺序，否则无法执行程序循环，并且会出现报警现象。16第四章 宏程序功能4.1 用户宏程序A用户宏程序A也称为A类宏，其格式为：G65HmP#iQ#jR#k，其中m为199，宏程序功能；#i为存储运算结果的变量号；#j为进行运算的变量1，也可以是常数；#k为进行运算的变量2，也可以是常数；表4-1 FANUC数控系统G65HmA类宏指令表17由表4-1可以看出，A类宏程序的功能非常

32、古板，无法进行直接使用运算符运算， A类宏程序使用是非常繁琐且不直观，因此A类宏程序就不做过多介绍，主要阐释用户宏程序B。4.2用户宏指令B用户宏程序B也称为B类宏程序。其调用指令形式如图4-1所示：图4-1用户宏程序B调用图(1)宏程序可以直接在主程序中使用,如第五章模型加工的程序一样。 (2) G65进行自变量赋值，即指定自变量(数据传送到宏程序)。 (3) G65无条件地调用宏程序。(4)运行单段程序时，G65则不行(即不停机)。184.2.1 宏程序B直接使用宏程序B直接在主程序中出现时，只需要在程序号与刀具之间添加相应的自变量参数，其与一般的主程序一样，例如简单的正四边形平面铣削加工

33、：表4-2 O0001程序表4.2.2非模态调用（G65）格式：G65P（p）L（l）（自变量参数）（p）：所要调用的程序号 （l）：重复次数（自变量参数）：传递到宏程序的数据当采用G65调用时，数据（自变量）能传输到宏程序中，如下图4-2所示：19图4-2 G65调用宏程序（1）当要求宏循环重复时，在地址L后面的的重次数数值可以是19999，如果L省略，则L默认为1。（2）使用自变量指定赋值时，其数值被指定到宏程序中相对应的局部变量中。（3）宏程序的嵌套调用，可以实现四级（1、2、3、4）嵌套，包括非模态G65调用和模态指令G66调用。局部变量嵌套从0级到4级，主程序是0级，用G65或G66

34、调用宏程序，每调用一次，局部变量级别加1，而前一级别的局部变量的值保存在数控系统中，即每级局部变量（1、2、3级）被保存，下一级（2、3、4级）的局部变量被准备，可以进行自变量赋值。当宏程序中执行M99时，控制返回到调用的程序，此时，局部变量级别减1，并恢复宏程序调用时保存的局部变量，即上一级被储存的局部变量被恢复，如同它被储存一样，而下一级的局部变量被清除。如下图4-3所示。20主程序0级 宏程序1级 宏程序2级 宏程序3级 宏程序4级图4-3 局部变量的定义及四级嵌套4.2.3 模态代码调用G66/G67G66的调用指令格式与G65的相似，不同的是G66是模态指令，一次指定，即在指定轴移动

35、程序段后调用宏程序，没有G67的取消调用指令，将会继续执行宏程序内容。格式：G66P（p）L（l）（自变量参数）（p）:所要调用的程序号 （l）：重复次数（自变量参数）：传递到宏程序的数据 （1）调用21图4-4G66/G67调用/取消宏程序（2）取消指定G67后，其后面的程序段就不会再执行模态G66指令宏程序（3）模态G66调用嵌套，在期间需要再指定另一个G66代码，才可以嵌套模态代码调用。在使用此嵌套时，值得注意的是： 1）在G66程序段中，不能调用宏程序。2）在只有诸如辅助功能，但无移动指定是程序段中，不能调用宏程序。 3）如果使用G66调用指令，局部变量只能在G66的程序段中指定，每次

36、执行模态指令时，局部变量不会改变。4.2.4 G代码与M代码调用宏程序宏程序的使用，只有G65、G66可以调用宏程序，还有G代码及M代码可以调用宏程序。表4-3 G代码的参数设置表4-4 M代码参数设置在参数中，设置（No.6050No.6059）即可使用G代码调用宏程序，而设置22（No.6080No.6089）也可用M代码调用宏程序。例如：在系统中设置No.6050参数为50，则G50即G65P9010；设置No.6080为 50，则M50即为G65P90204.3 宏程序语句的处理以及使用限制4.3.1 宏程序语句的处理数控机床加工的零件，精度相对而言比一般机床要高，因此，为了加工零件表

37、面的平滑，数控系统（CNC）会缓冲预读下一个要执行的程序段（语句），而在刀具半径补偿（G41、G42）中，数控系统会提前预读23个程序段（语句）。宏程序由于是采用的算术表达式以及条件转移，当程序段被读到缓冲存储器后马上就被处理(执行)。因此，宏程序的响应速度比普通的编程或自动编程快，效率更高。4.3.2 宏程序的使用限制由于宏程序是机床厂为了方便用户进行二次开发而设置的，因此在系统使用时，受到了一定的限制；（1）MDI运行在MDI（手动数据输入）模式下，不能指定宏程序，但可进行调用一个宏程序，并且所调用的宏程序在自动运行状态下不能调用另一个宏程序。（2）顺序号的检索用户宏程序由于运用表达式进行

38、编程，因此无法进行检索顺序号。（3）单程序段机床使用单段运行时，宏程序可以执行，执行完成后机床不会停止，主轴继续会转动，同时调用宏程序指令G65/G66的程序段中使用单段，机床也不会停止。（4）宏程序中，使用刀具半径补偿时，机床不执行补偿，因此建议使用刀具补偿G41/G42尽可能在宏程序之前补偿完毕，在宏程序结束之后取消补偿。（5）在宏程序表达式中，出现“/”符号时，机床不会默认为程序跳过功能。（6）设置参数NE8（参数No.3202的#0位）与参数NE9（参数No.3202的#4位）为1时，对程序号80008999和9000-9999的用户宏程序与子程序进行保护。因此本论文建议设置为1，对第

39、五章数控铣床的单一工序的宏程序循环使用有重要的作用。23第五章 宏程序在数控车/铣床的应用本章提出数控车床中椭圆、双曲线、抛物线的走刀程序，是对数控机床在宏程序平台上进行的二次开发，即只要调用相应程序，就可以如G01、G02/G03指令一样执行走刀，弥补数控系统中的非圆曲线加工指令的空白。在数控铣床（加工中心）常用工序模型加工中，使用一种编程方法可以将宏程序直接作为主程序，也可以作为子程序。数控铣床模型的程序建立，不仅解决了实际加工中程序不可循环使用的难处，使得实际加工中更加灵活、方便，高效；5.1 数控车床非圆二次曲线的走刀宏程序5.1.1 椭圆走刀轨迹的宏程序编程指令O8001O8001；

40、N10 #1=2*#3SQTR1-#2*#2/#4*#4;G01X#1Z#2;#2-#5;If#2GE#6GOTO 10;M99;5.1.2 双曲线走刀轨迹的宏程序编程指令O8002O8002；N10 #1=2*#3SQTR1+#2*#2/#4*#4;G01X#1Z#2;#2-#5;If#2GE#6GOTO 10;M99;5.1.3 抛物线走刀轨迹的宏程序编程指令O8003O8003;N10 #1=SQTR2*#3*#2；G01X#1Z#2;#2-#5;If#2GE#6GOTO 10;M9924变量说明：椭圆与双曲线：#1为X轴变量，#2为Z轴的自变量，#3为长半轴尺寸，#4为短半轴尺寸,#5

41、为Z轴自变量每次步进的量，#6为加工的终点的Z轴坐标值；抛物线：#1为X轴变量，#2为Z轴的自变量，#3为P的数值，#4为Z轴自变量每次步进的量，#5为加工的终点的Z轴坐标值。以上三个宏程序只需要保存于数控系统中，其程序号在车床上如同G01，G02/G03插补指令一样，就可以实现椭圆、双曲线、抛物线这三种非圆曲线的走刀。5.2 数控铣床单一工序宏程序模块化编程5.2.1 铣削平面模型平面模型的加工程序是以对称中心为工件坐标系原点，以右下方偏离约1.21.5倍的刀具半径距离做为起进刀起始点，刀具X轴向负方向移动、抬刀。刀具空行程到X轴下刀的距离，如此循环加工直到加工完成。程序及模型参看表5-1、

42、图5-1、图5-2、图5-3：图5-1平面铣削模型25图5-2仿真过程图图5-3仿真效果图265.2.2 铣削外轮廓模型外轮廓模型的加工过程是以对称中心为工件坐标系原点，以右下方偏离约1.21.5倍的距离作为起进刀点始点，Z轴下刀一定的距离，进行第一次加工，刀具X轴向负方向移动、Y轴向正方向移动，X轴向正方向移动，Y轴向负方向移动，Z轴步进一定深度，继续XY轴循环；如此进行循环加工直到加工完成。程序及模型参看表5-2、图5-4、图5-5、图5-6。表5-2 O8005铣削外轮廓模型程序27图5-4 外轮廓铣削模型图5-5仿真过程图5-6仿真效果285.2.3 球头铣刀斜面铣削模型球头铣刀斜面铣

43、削模型的加工过程是以对称中心为工件坐标系原点，以右上方偏离约1.21.5倍的距离做为起进刀点始点，Z轴下刀最低点，进行环四边形加工，即刀具Y轴向负方向移动、X轴向正方向移动，Y轴向正方向移动，X轴向负方向移动，Z轴步进上升一定的步进量，继续循环加工；如此进行循环加工直到加工完成。程序及模型参看表5-3、图5-7、图5-8、图5-9：图5-7 平底铣刀斜面铣削模型表5-3 O8006平底铣刀斜面铣削模型程序29图5-8仿真过程30图5-9仿真效果图5.2.4 球头铣刀四角圆角过渡（上下变半径）矩形外斜面铣削模型球头铣刀四角圆角过渡（上下变半径）矩形外斜面铣削模型以对称中心为工件坐标系原点，以右下

44、方偏离约1.21.5倍的半径做为起进刀点始点，Z轴下刀一定的距离，进行第一次加工，即刀具X轴向负方向移动、Y轴向正方向移动，X轴向正方向移动，Y轴向负方向移动，Z轴步进上升一定高度，继续执行循环；如此进行循环加工直到加工完成。程序及模型参看表5-5、图5-10、图5-11、图5-12：图5-10 球头铣刀四角圆角过渡（上下变半径）矩形外斜面铣削模型3132图5-11仿真过程图5-12仿真效果图5.2.5球头铣刀铣削外球面模型球头铣刀铣削外球面模型加工过程是以球心为工件坐标系原点，刀具偏离1.2-1.5倍工件最外端，Z轴下降至所需要加工的最低高度，刀具开始走刀至X（Y）轴工件所需尺寸，然后采用G

45、02顺时针环绕走刀一圈，每次步进量为下降1°的方式进行由上往下步进加工至最低点，程序及模型参看表5-6、图5-13、图5-14、图5-15：33图5-13 球头铣刀铣削外球面模型表5-6 O8008球头铣刀铣削外球面模型程序34图5-14仿真过程35图5-15仿真效果图5.2.6平面内的凹圆柱面与平面过渡的倒R面铣削模型交接过渡是实际加工中常见的类型之一，而图5-16是平面内的凹圆柱面与平面过渡的倒R面铣削模型，其是由平面与凹圆柱面采用R面过渡的形状；其加工工艺路线是：先进行平面铣削，而后根据R#3的尺寸进行有上往下加工，其中采用了顺铣即G02走刀；程序及模型参看表5-8图5-16、

46、图5-17、图5-18：图5-16 平面内的凹圆柱面与平面过渡的倒R面铣削模型36表5-8 O8009平面内的凹圆柱面与平面过渡的倒R面铣削模型程序37图5-17加工过程38图5-18仿真效果5.3 小结从上述运用宏程序走刀指令和模型加工可以得到，宏程序具有通用性、易于修改参数以及程序可循环性的强大优势，同时应用于数控铣床宏程序进行单一工序加工零件（如平面加工、斜面加工、轮廓加工、R面及R面过渡加工、球面加工等），可以减少编程的劳动强度，有助于宏程序的模块化，因此使用宏程序加工零件可以实现提高加工效率的效果。39第六章FANUC车床宏程序的典型零件加工实例一6.1加工方案选择及确定图6-1椭圆

47、手柄零件图6-1所示的工件为一个常用的带椭圆的手柄零件，其椭圆与直线相切，左端为M20的单头普通三角螺纹。外形表面粗糙度要求为要求为R2，总长尺寸误差为0.1mm。方案对比：方案一：普通车床加工由于普通车床无法实现车床两轴联动，加工椭圆曲面时，无法保证曲面的尺寸及曲面过渡，因此普通车床无法加工椭圆手柄。方案二：普通编程加工普通编程只能加工直线或圆曲线，对于非圆曲线，则需要分解成N个点，同时需要每个点的坐标，采用直线拟合加工，但是想在椭圆分解出N个点来，并找到每个点的坐标，是非常困难的，因此，无法使用普通编程加工。方案三：宏程序编程加工对于非圆、有规律曲线加工有非常好的优势，程序可以重复循环使用程序短小精悍，可以实现程序小模块化，方便编程与使用，可以使用高速加工（20003000m/s），其加工速率高，加工得到的表面质量很高，基本都能够达到粗糙度，要求比较高，倒角尺寸。 40方案四：自动编程对于一般的曲面而已，自动编程基本都能够实现，而自动编程所得到的程序非常庞大，超出系统的容量，只能DNC在线加工；同时自动编程所生成的程序在系统需要大量地计算，因此在速度大于800m/s以上时，会出现迟