《数控编程与加工训练教程》课件项目9 宏程序应用

项目9

宏程序应用技能要求1.掌握FANUC0iMate数控系统宏程序的编制和使用，掌握非模态调用宏程序指令G65、模态调用宏程序指令G66、取消模态调用宏程序指令G67的应用。2.了解数控车床加工椭圆零件的特点，并能够正确地对椭圆零件进行数控车削工艺分析。3.通过对椭圆零件的加工，掌握数控车床宏程序的编程技巧。典型案例

典型案例：在FANUC0iMate数控车床上加工如图9-1所示零件，毛坯是φ30×110mm的棒料，材料45钢。图9-1典型案例零件图

一、宏程序的格式及调用

知识学习

用户宏程序是FANUC数控系统及类似产品中的特殊编程功能。一组以子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序，简称宏程序。宏程序指令适合抛物线、椭圆、双曲线等没有插补指令的曲线编程；适合图形一样，只是尺寸不同的系列零件的编程；适合工艺路径一样，只是位置参数不同的系列零件的编程。较大地简化编程；扩展应用范围。用户宏程序分为A、B两种。一般情况下，在一些较老的版本的FANUC系统（如FANUCOTD系统）的版面上没有“＋”、“－”、“*”、“/”、“=”、“［］”等符号，故不能进行这些符号输入，也不能用这些符号进行赋值及数学运算。所以，在这些系统中只能按A类宏程序进行编程。而在FANUC0i及其后（如FANUC18I等）的系统中，则可以输入这些符号并运用这些符号进行赋值及数学运算，即按B类程序编程。

1.宏程序的格式用户宏程序与子程序相似，程序号由英文字母O及后面的四位数字组成，以M99指令作为宏程序结束，返回主程序的标记。例如：O0060；（宏程序号）N10#4=#1*SIN[#3]；N20#5=#2*COS[#3]；N30#6=#4*2；N40#8=#5-#2；N50G01X#6Z#8F#9；N60#3=#3+0.01；N70IF[#3LE#7]GOTO10；N80M99；（宏程序结束，返回主程序）

2.宏程序的调用(1）子程序调用（M98）用指令M98调用宏程序的方法与调用子程序方法相同。(2）非模态调用（G65）

功能：当指定G65时，以地址P指定的用户宏程序被调用，数据将传递到用户宏程序体中。该指令必须写在程序段的句首。

格式：G65PpLl<变量赋值>；其中：p——要调用的宏程序的程序号L——调用宏程序次数，省略l值时，认为调用一次宏程序。变量赋值——将有关数据传递到宏程序的相应的局部变量中。例如，G65P6000L2A10.0B2.0；表示调用2次程序号为O6000的宏程序，将数据10.0经变量引数A传递到宏程序的#1号变量中，即#1=10；将数据2.0经变量引数B传递到宏程序的#2号变量中，即#2=2。

(3）模态调用（G66G67）

功能：程序中一旦出现G66指令，则指定模态调用宏程序，即在沿坐标轴移动的程序段后，调用地址P指定的宏程序，该指令必须写在程序段的句首。G67是取消模态调用宏程序。

格式：G66PpLl<变量赋值>；……（坐标轴移动程序段）G67；（取消模态）其中：p——要调用的宏程序的程序号。L——调用宏程序次数。省略l值时，认为调用一次宏程序。变量赋值——将有关数据传递到宏程序的相应的局部变量中。在G66与G67之间要有坐标轴移动的程序段，否则不能调用宏程序：G66P6000L2A10.0B2.0；G00G90Z-10.0；X-5.0；G67；

二、变量及变量的运算

1．

变量的表示和引用

(1）

变量表示。一个变量由符号#和变量序号组成，如#I(I=1,2,3,…)。还可以用符号#和表达式进行表示，但其表达式必须全部写入“［］”，如#[表达式]

。程序中的“（）”只用于注释语句。例如，#5，#109，#501，#[#1＋#2－12]

(2）

变量的引用。跟随地址符后的数值用变量来代替的过程称为引用变量。地址字后面指定变量号或表达式：表达式必须全部写入“［］”

中。改变变量值的符号时，要把负号（—）放在#的前面。

格式：＜地址字＞#I

＜地址字＞－#I

＜地址字＞[表达式]

例如，F#103，设#103=15，则为F15

；Z－#110，设#110=250，则为Z－250

；X[#24＋#18*COS[#1]]

，则为用含有变量的表达式代替数值；

2.变量的运算（1）

运算指令。B类宏程序的运算指令与A类宏程序的运算指令有很大的区别，它的运算与数学运算相似，仍用数学符号来表示。1）

定义

、转换：#I=#j

2）

算术运算

加法：#I=#j+#k

减法：#I=#j－#k

乘法：#I=#j*#k

除法：#I=#j/#k

3）

逻辑运算

或：#I=#jOR#k

异或：#I=#jXOR#k

与：#I=#jAND#k

4）

函数说明：①函数SIN、COS、ASIN、ACOS、TAN和ATAN中的角度单位为度，分和秒要换算成度。②

当算术运算或逻辑运算中包含ROUND函数时，则ROUND函数在第一个小数位置四舍五入。函数名称函数代号举例正弦#I=SIN[#j]#100=SIN[#1]余弦

#I=COS[#j]#100=COS[36.3+#2]正切

#I=TAN[#j]#100=TAN[#1]反正弦#I=ASIN[#j]

反余弦

#I=ACOS[#j]

反正切

#I=ATAN[#j]/[#k]

#100=ATAN[#1]/[#2]四舍五入取整#I=ROUND[#j]

下取整#I=FIX[#j]

上取整#I=FUP[#j]

平方根

#I=SQRT[#j]#100=SQRT[#1*#1-100]绝对值#I=ABS[#j]

自然对数#I=LN[#j]

指数函数#I=EXP[#j]#100=EXP[#1]表9-1FANUC常用函数功能4）

函数

说明：

①函数SIN、COS、ASIN、ACOS、TAN和ATAN中的角度单位为度，分和秒要换算成度。②

当算术运算或逻辑运算中包含ROUND函数时，则ROUND函数在第一个小数位置四舍五入。③当程序语句的地址中使用ROUND舍入函数，按各地址的最小设定单位进行四舍五入。

④CNC处理数值运算时，若操作后产生的整数绝对值大于原数的绝对值，为上取整；若小于原数的绝对值为下取整

。⑤优先等级。在宏程序数学计算的运算中，运算的先后次序是：函数运算（SIN、COS、TAN、ASIN等），乘和除运算（*、/、AND等），加和减运算（＋、－、OR、XOR等）。⑥

括号嵌套。括号用于改变运算次序，函数中的括号允许嵌套使用，但最多只允许嵌套五层。其中括号指中括号，而圆括号只用于注释语句

，不能改变运算次序。

三、变量的赋值

变量的赋值就是把一个常数或不含变量的表达式的值传给一个宏变量的过程。变量的赋值分为直接赋值和引数赋值两种。格式：宏变量=常数或表达式1.直接赋值变量可以在操作面板上用MDI方式直接赋值，也可以在程序中用等式方式赋值，但等号左边不能用表达式。例如：#100=100.0；#100=30.0+20.0；2.引数赋值宏程序以子程序方式出现，所用的变量可在宏程序调用时赋值。例如，G65P1000X100.0Y30.0Z20.0F0.1；该处的P为宏程序的名，X、Y、Z不代表坐标字，F也不代表进给字，而是对应于宏程序中的变量号，变量的具体数值由引数后的数值决定。引数与宏程序体中的变量的对应关系有两种，见表9-2及9-3所列。引数变量引数变量引数变量A#1K3#12J7#23B#2I4#13K7#24C#3J4#14I8#25I1#4K4#15J8#26J1#5I5#16K8#27K1#6J5#17I9#28I2#7K5#18J9#29J2#8I6#19K9#30K2#9J6#20I10#31I3#10K6#21J10#32J3#11I7#22K10#33表9-2变量赋值方法Ⅰ引数变量引数变量引数变量A#1I#4T#20B#2J#5U#21C#3K#6V#22D#7M#13W#23E#8Q#17X#24F#9R#18Y#25H#11S#19Z#26表9-3变量赋值方法Ⅱ

四、转向语句

1．无条件转移

（GOTO语句）当程序中出现GOTO语句时，程序将无条件地转移到指定的顺序号n的程序段。其中顺序号n可用表达式（变量）指定。

格式：GOTOn例如，GOTO1000；

当程序执行到该程序段时，将无条件地转移到N1000程序段执行。例如，GOTO#10；当程序执行到该程序段时，将无条件地转移到N#10程序段执行。2．条件转移

（IF语句）（1）IF［条件表达式］GOTOn

功能：在程序执行过程中，如果指定的条件表达式满足时，程序将转移到指定的顺序号n的程序段继续执行。如果指定的条件表达式不满足时，程序将执行下一个程序段。

格式：IF［条件表达式］GOTOn

条件意义示例#j

EQ

#k等于（=）IF[#5EQ#6]GOTO100#j

NE

#k不等于（≠）IF[#5NE#6]GOTO100#j

GT

#k大于（＞）IF[#5GT#6]GOTO100#j

LT

#k小于（＜）IF[#5LT#6]GOTO100#j

GE

#k大于等于（≥）IF[#5GE#6]GOTO100#j

LE

#k小于等于（≤）IF[#5LE#6]GOTO100表9-4条件表达式的种类

（2）IF[条件表达式]THEN功能：在程序执行过程中，如果指定的条件表达式满足时，执行一个预先决定的宏程序语句。

格式：IF[条件表达式]THEN例：IF[#1EQ#2]THEN#3=0；如果#1和#2的值相等，就将0赋值给#3。3．循环

（WHILE语句）功能：在程序执行过程中，如果指定的条件表达式满足时，程序将循环执行从WHILE到END之间的程序段m次。如果指定的条件表达式不满足时，程序将执行ENDm之后的程序段。

格式：WHILE［条件表达式］DOm；（m=1，2，3）

……ENDm

……

五、与宏程序编程有关的问题1.基点、节点的计算一个零件的轮廓往往是由许多不同的几何元素组成，如直线、圆弧、二次曲线以及其他公式曲线等。构成零件轮廓的这些不同几何元素的连接点称为基点。

当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线的零件时，在加工程序的编制过程中，常常需要用直线或圆弧去近似代替非圆曲线，称为拟合处理。拟合线段的交点就称为节点。2.椭圆的近似画法由于G71指令内不能采用宏程序进行编程。因此，粗加工过程中常用圆弧来代替非圆曲线，采用圆弧代替椭圆的近似画法如图9-4所示。3.椭圆编程的极角问题椭圆曲线除了采用公式“X2/a2+Y2/b2=1”（其中a和b为半轴长度）来表示外，还可以采用参数方程“X=acosα,Y=bsinα”来表示,其中α为椭圆参数方程的离心角。对于椭圆极坐标的极角β，在编程中一定要特别注意，除了椭圆上四分点处的极角β等于参数方程的离心角α外，其余各点处的极角β与离心角α的角度均不相等，如图9-5所示。4.指令G71、G73与宏程序在FANUC0i系统的固定循环中，外圆粗车循环G71指令内部不能使用宏程序进行编程，而成形车削循环G73指令内部可以使用宏程序进行编程，但不能含有宏程序调用或子程序调用指令。采用G73指令进行宏程序编程时，刀具的空行程较多，为减少空行程，可先采用G71指令去除局部毛坯余量，然后再运用G73进行加工。5.内椭圆加工加工内椭圆时，对于所用刀具，应选择较大的副偏角，同时将后刀面磨成圆弧面，以防止副切削刃和后刀面与所加工表面发生干涉。内椭圆编程时，由于其退刀余地较小。因此，粗加工时在配有FANUC0i系统的车床上不能采用G73指令进行编程，而只能采用G71指令用圆弧代替椭圆曲线进行编程。6.刀具补偿宏程序中也可以采用刀尖圆弧补偿进行编程。采用刀尖圆弧补偿时，要特别注意引入补偿的时机。典型案例实施2．刀具与切削用量选择

1．零件工艺分析

3．参考程序。1．零件工艺分析（1）选用毛坯是30mm×100mm的棒料，材料为45钢。（2）该工件在加工时需采用调头方式加工，首先加工工件左端部分，再调头加工工件右端部分，并保证总长尺寸。（3）首先以毛坯轴线和右端面为定位基准，用普通车床加工毛坯左端φ10×10和φ20×15圆柱面。再调头用软爪加持φ10圆柱面，并以φ20圆柱端面为定位面，在数控车床上加工椭圆曲线。两次都使用三爪卡盘自定心夹紧的方式装夹。（4）编程原点确定：加工工件右端时，以完成加工后的工件右端面回转中心作为编程原点。工艺方案：（1）采用圆弧代替椭圆粗车工件右端外轮廓（2）采用圆弧代替椭圆精车工件右端外轮廓（3）采用宏程序精加工椭圆曲面。

尺寸计算：椭圆的方程：X2/12.52+(Z+25)2/252=1

椭圆的参数方程表达式为：X=12.5sinα，Z=25cosα-25

椭圆上各点坐标分别是（12.5sinα,25cosα-25），坐标值随离心角α的变化而变化，而离心角α又随极角β的变化而变化。角度α是自变量，每次角度增量为0.1°，而坐标值X和Z是应变量。

该椭圆离心角α的终止角度，不等于图样上已知的椭圆极角角度146.3°，经换算该椭圆离心角α的终止角度应为126.86°。#1：椭圆X向半轴A的长度；#2：椭圆Z向半轴B的长度；#3:椭圆离心角起始角度；#4：标准参数方程表达式中椭圆各点X坐标，asinα；#5：标准参数方程表达式中椭圆各点Z坐标，bcosα；#6：椭圆上各点在工件坐标系中的X坐标；#7:椭圆离心角的终止角度；#8：椭圆上各点在工件坐标系中的Z坐标；#9:进给速度；2.刀具与切削用量选择表9-5刀具选择表产品名称或代号课内实训样件零件名称手柄零件零件图号9-1序号刀具号刀具名称数量加工表面刀具半径R／mm刀具补偿号备注1T01外圆车刀（刀尖55°）1车削椭圆曲面及外轮廓0.401

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共1页第1页表9-6切削用量表单位名称××××××产品名称或代号零件名称零件图号课内实训样件手柄零件9-1工序号程序编号夹具名称使用设备数控系统场地009O0901O0902三爪卡盘数控车床CKA6140FANUC

0iMate数控实训中心机房、车间工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速n（r/min）进给量f

(mm/r)背吃刀量mm备注01车削椭圆曲面及外轮廓T0101

12000.1

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共1页第1页3．程序编制表9-7典型案例工件右端加工主程序程序说明O0901；主程序名G99G21G40；

T0101；精加工外圆车刀M03S1200；主轴转速为l200r/minG00X100.0Z100.0M08；

G00X0.0Z5.0；刀具定位G65P0902A12.5B25.0C0.0D126.86F0.1；调用宏程序O0902，并进行变量赋值