数控铣床加工中心加工技术（第二版）课件 项目七 宏程序编程

任务1喷丝板零件加工1．掌握宏程序及变量的概念。2．了解宏程序编程的方法。3．学会采用B类宏程序编写直线均布孔的加工程序。4．学会采用B类宏程序编写圆周均布孔的加工程序。通过完成任务，掌握以下知识和技能。多孔加工宏程序编程实例喷丝板零件的加工订单，数量为5件，零件图如下。毛坯材料为45钢，尺寸为100mm×80mm×15mm。试编写其加工程序并完成加工。如采用一般的编程方法编写加工程序，每一个孔均需计算其基点坐标，而且每一个孔均需编写单独的程序段。在编程和加工过程中容易引起编程和程序输入等方面的错误。采用宏程序编写该工件的加工程序段，程序简单且不需要计算孔的基点坐标。1.宏程序的基本概念（1）宏程序的定义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。调用宏程序的指令称为用户宏程序指令或宏程序调用指令（简称宏指令）。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，还可以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。通过使用宏程序能执行一些有规律变化（如非圆二次曲线轮廓）的动作。FANUC0i系统采用B类宏程序进行编程。宏程序A类B类宏程序与普通程序相比较普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适用性。（2）宏程序中的变量在常规的主程序和子程序内，总是将一个具体的数值赋给一个地址，为了使程序更加具有通用性、灵活性，故在宏程序中设置了变量。

1）变量的表示一个变量由符号“＃”和变量序号组成，如：＃I（I=1，2，3，…）。此外，变量还可以用表达式进行表示，但其表达式必须全部写入方括号“[]”中。例＃100，＃500，＃5，＃[＃1+＃2+10]。

2）变量的引用将跟随在地址符后的数值用变量来代替的过程称为引用变量。同样，引用变量也可以采用表达式。例G01X＃100Y－＃101F[＃101+#103]；当＃100=100.0、＃101=50.0、＃103=80.0时，上例即表示为G01X100.0Y－50.0F130；

3）变量的种类变量分为局部变量、公共变量（全局变量）和系统变量三种。局部变量（＃1～＃33）是在宏程序中局部使用的变量。当宏程序C调用宏程序D而且都有变量＃1时，由于变量＃1服务于不同的局部，所以C中的＃1与D中的＃1不是同一个变量，因此可以赋予不同的值，且互不影响。公共变量（＃100～＃149、＃500～＃549）贯穿于整个程序过程。同样，当宏程序C调用宏程序D而且都有变量＃100时，由于＃100是全局变量，所以C中的＃100与D中的＃100是同一个变量。实际加工时，常采用公共变量进行编程。系统变量是指有固定用途的变量，它的值决定系统的状态。系统变量包括刀具偏置值变量、接口输入与接口输出信号变量及位置信号变量等。2.宏程序编程（1）变量的赋值宏程序的运算类似于数学运算，用各种数学符号来表示。例＃100=100.0；

＃101=30.0+20.0；变量的赋值方法有两种，即直接赋值和引数赋值，其中直接赋值的方法较为直观、方便，其书写格式如下：（2）宏程序运算指令变量的各种运算功能格式备注与具体示例定义、转换#i=#j#100=#1，#100=30.0加法#i=#j+#k#100=#1+#2减法#i=#j－#k#100=100.0－#2乘法#i=#j*#k#100=#1*#2除法#i=#j/#k#100=#1/30（转下页）功能格式备注与具体示例正弦#i=SIN[#j]#100=SIN[#1]#100=COS[36.3+#2]#100=ATAN[#1]/[#2]反正弦#i=ASIN[#j]余弦#i=COS[#j]反余弦#i=ACOS[#j]正切#i=TAN[#j]反正切#i=ATAN[#j]/[#k]平方根#i=SQRT[#j]#100=SQRT[#1*＃1－100]#100=EXP[#1]绝对值#i=ABS[#j]舍入#i=ROUND[#j]上取整#i=FIX[#j]下取整#i=FUP[#j]自然对数#i=LN[#j]指数函数#i=EXP[#j]或#i=#jOR#k逻辑运算一位一位地按二进制执行异或#i=#jXOR#k与#i=#jAND#k例＃1=SIN[[[＃2+＃3]＊4+＃5]/＃6]；宏程序计算说明如下：

1）函数SIN、COS等的角度单位是度，分和秒要换算成带小数点的度。如90°30’表示90.5°，而30°18’表示30.3°。

2）宏程序数学计算的次序依次为：函数运算（SIN、COS、ATAN等），乘和除运算（*、/、AND等），加和减运算（+、－、OR、XOR等）。

3）函数中的括号用于改变运算次序，允许嵌套使用，但最多只允许嵌套5级。（3）宏程序转移指令1）分支语句格式一GOTOn；例GOTO1000；无条件转移语句，当执行该程序时，无条件转移到N1000程序段执行。格式二IF[条件表达式]GOTOn；例IF[#1GT#100]GOTO1000；有条件转移语句，如果条件成立，则转到N程序段执行，如果条件不成立，则执行下一句程序。条件表达式种类条件式意义具体示例#iEQ#j等于（=）IF[＃5EQ#6]GOTO100；#iNE#j不等于（≠）IF[＃5NE100]GOTO100；#iGT#j大于（>）IF[＃5GT#6]GOTO100；#iGE#j大于等于（≥）IF[＃5GE100]GOTO100；#iLT#j小于（<）IF[＃5LT#6]GOTO100；#iLE#j小于等于（≤）IF[＃5LE100]GOTO100；（2）循环指令WHILE[条件式]DOm（m=1、2、3…）；……ENDm；当条件式满足时，就循环执行WHILE与END之间的程序段m次，当条件不满足时，就执行“ENDm；”的下一个程序段。3.宏程序编程示例例

加工下图所示直线均布孔，试编写其加工中心加工程序。＃101：图中各孔的X坐标；＃102：图中各孔的Y坐标；＃103：中间变量，其余各孔与第一个孔的孔中心距。宏程序编程实例例2加工下图所示的圆周均布孔，试采用FANUC指令编写其加工程序。“#100”作为圆周均布孔的角度变量；“#101”来代表圆周均布孔中心的X坐标；

#101=35.0*COS[#100]；“#102”来代表圆周均布孔中心的Y坐标；

#102=35.0*SIN[#100]；宏程序加工圆周均布孔实例O0032；G90G94G40G21G80G54；G91G28Z0；G90G00X-50.0Y-50.0；M03S600；G00Z50.0M08；#100=0.0；（角度变量赋初值）N100#101=35.0*COS[#100]；（孔中心X坐标）#102=35.0*SIN[#100]；（孔中心Y坐标）G81X#101Y#102Z-25.0R5.0F100；（加工孔）#100=#100+18.0；（角度每次增大18°）IF[＃100LT360.0]GOTO100；（如果角度小于360.0，则返回N100）G80；G00Z100.0；M05M09；M30；1.加工准备（1）选择数控机床（2）选择刀具及切削用量刀具为φ10mm的钻头；切削用量推荐值:切削速度n=600r/min；进给量f=100mm/min。

本例选用的机床为FANUC0i系统的TH7650型数控铣床。二、编制加工程序1．编程思路分析先钻出下方的第一排直线均布孔——编程时以各孔中心的坐标值作为变量。加工第二排孔时，需初始化设定第二排中第一个孔的位置，再变量运算其他孔中心的坐标值。＃101：各排第一孔中心的X坐标。＃102：各排第一孔中心的Y坐标。＃103：各孔中心的X坐标。＃104：各孔中心的Y坐标。＃105：各孔与第一列孔间的距离。（2）编制加工程序加工程序程序说明O0010；主程序G90G94G50G17G54F100；程序开始G91G28Z0；M06T01；M03S600；G90G43G00Z20.0H01M08；#101=0；各排第一孔中心的X坐标#102=0；各排第一孔中心的Y坐标N100#105=0；各孔与第一列孔间的距离N200#103=#101+＃105*COS[15.0]；各孔中心的X坐标（转下页）加工程序程序说明#104=#102+＃105*SIN[15.0]；各孔中心的Y坐标G99G81X#101Y#102Z－20.0R3.0F100；孔加工#105=#105+15.0；计算各孔与第一列孔间的距离IF[#103LE75]GOTO200；条件判断#101=#101+15.0*SIN[10.0]；计算各排第一个孔的坐标#102=#102+15.0*COS[10.0]；IF[#101LE45.0]GOTO100；条件判断G80G49M09；取消固定循环G91G28Z0；程序结束M30；3.完成数控加工完成喷丝板零件的加工。任务2网格零件加工1．进一步熟悉宏程序的编程方法。2．掌握坐标系旋转中的宏程序编程技巧。3．掌握坐标平移中的宏程序编程技巧。4．掌握螺纹铣削中的宏程序编程技巧。通过完成任务，掌握以下知识和技能。网格零件的加工订单，数量为10件，零件图如下，毛坯材料为45钢，尺寸为180mm×180mm×8mm。试编写其加工程序并完成加工。子程序指令进行编程加工程序极为复杂，且须计算每个型腔的基点坐标，编程与程序的输入极不方便采用宏程序结合坐标平移的方式进行编程程序简单明了，通俗易懂1.坐标系旋转中的宏程序编程技巧例下图所示工件，毛坯尺寸为φ80mm×15mm，试编写其加工程序。宏程序编程实例例题分析：加工本例工件时，如仅以坐标旋转方式进行编程，则程序较长。如能采用坐标旋转结合宏程序进行编程，可简化编程过程中的基点计算，提高编程效率。编程时，以所旋转的角度作为变量（#100），每次增量为30º（#100=#100+30.0）。O317；

（主程序）G90G94G21G40G54；

（程序初始化）

G91G28Z0；

（Z轴回参考点）G90G00X0.0Y0.0；

（快速点定位）Z20.0；M03S500；

（主轴正转，转速500r/min）G01Z－5.0F100；

G41G01X31.0D01；G03I－31.0；G40G01X0Y0；#100=0.0；

（旋转角度参数）N100G68X0Y0R#100；

（旋转#100）G01X15.0Y0；G41G01X25.0Y0D01；

（加工R6mm凹槽）G03I6.0；G40G01X15.0Y0.0；G69；

（取消旋转）#100=#100+30.0；

（旋转角度等于#100＋30.0°）IF[#100LE330.0]GOTO100；

（条件判断）G91G28Z0；M05；M30；2.坐标平移中的宏程序编程技巧例加工如图所示工件，在一次装夹过程中加工5行8列共计40个零件，行间距和列间距均为70mm，试编写其加工程序。坐标平移编程实例例题分析：加工上例工件时，主程序采用局部坐标系再结合宏程序进行编程（子程序不变），编程过程中使用以下变量进行运算。#101:X坐标变量。#102:Y坐标变量。O074；G90G94G40G21G54；G91G28Z0；G90G00X0Y0；M03S600；G00Z10.0M08；#102=0；（Y坐标的初始值）N100#101=0；（X坐标的初始值）N200G52X#101Y#102；（坐标系平移）M98P100；（调用子程序加工单个零件）#101=#101+70.0；（X坐标每次增大70mm）IF[＃101LE490.0]GOTO200；（如果X坐标≤490.0，则返回N200）#102=#102+70.0；（Y坐标每次增大70mm）IF[＃102LE280.0]GOTO100；（如果Y坐标≤280.0，则返回N100）G52X0Y0；G00Z100.0；M05M09；M30；3.螺纹加工过程中的宏程序编程技巧例在数控铣床上加工下图所示内螺纹，在内螺纹加工前其底孔已加工完成（底孔直径为38.5mm），试编写其数控铣加工程序。铣内螺纹实例就是通过宏程序将多个螺旋线首尾相连。在编程过程中，用变量“#101”来表示每条螺旋线的终点Z坐标，则每条相连的螺旋线终点的Z坐标相差一个螺距。O0033；G90G94G40G21G17G54；G91G28Z0；G90G00X0Y0；M03S600；G00Z20.0M08

；例题分析：采用宏程序结合螺旋指令来进行编程；实质:G01Z2.0F100；（刀具下降至Z向起刀点）#101=0.5；（螺旋线终点的Z坐标）G41G01X20.0Y0D01；（螺旋线起始点）N100G02I-20.0Z=#101；（加工螺旋线）#101=#101-1.5；（计算下一条螺旋线Z向终点坐标）IF[＃101GT-28.0]GOTO100；G40G01X0.0Y0.0；G91G28Z0；M05M09；M30；1.加工准备（1）选择机床选用FANUC0i系统的XK7650型数控铣床。（2）选择刀具和切削用量选择φ10mm的高速钢立铣刀，切削用量推荐值如下：主轴转速n=600r/min，进给速度vf=100mm/min。。2.编制数控加工程序（1）编程思路分析先将工件坐标系旋转45°。用变量“#101”来代表各内型腔中心在旋转后工件坐标系中的X坐标。用变量“#102”来代表各内型腔中心在旋转后工件坐标系中的Y坐标。“#101”的初始值为－67.5。“#102”的初始值也为－67.5。二、编制加工程序（转下页）（转下页）（转下页）（转下页）3.完成数控加工完成网格零件的加工。任务3模具型芯零件加工1．了解非圆曲线和规则曲面的拟合方法。2．掌握非圆曲线加工过程中的宏程序编程方法。3．掌握规则曲面加工过程中的宏程序编程方法。通过完成任务，掌握以下知识和技能。非圆曲线及规则曲面宏程序编程实例模具型芯零件的加工订单，订单数量为5件，零件图如下。毛坯材料为45钢，毛坯尺寸为80×60×15（mm）。试编写其加工程序并完成加工。非圆曲线轮廓和规则曲面可用短直线对这些轮廓进行拟合采用宏程序进行编程1.曲面及固定斜角平面的加工方法（1）加工方法的选择固定斜角平面加工

曲面行切法加工规则曲面（如球面、椭球面等）或固定斜角平面数控铣削加工时，多以行切法进行三轴联动加工，如左图。编程方法选用手工宏程序编程或自动编程。采用行切法加工时，会在工件表面留有较大的残留面积，如右图，影响表面加工质量。减小行切法残留面积的办法是减小行距。（2）非圆曲线轮廓的拟合计算方法目前大多数数控系统还不具备非圆曲线的插补功能。因此，加工这些非圆曲线时，通常采用直线段或圆弧线段拟合的方法进行。

1）等间距法在一个坐标轴方向，将拟合轮廓的总增量（如果在极坐标系中，则指转角或径向坐标的总增量）进行等分后，对其设定节点，并计算各节点坐标值，称为等间距法。

2）等插补段法当设定的相邻两节点间的弦长相等时，对该轮廓曲线所进行的节点坐标值计算方法称为等插补段法。非圆曲线节点的等间距拟合

3）三点定圆法这是一种用圆弧拟合非圆曲线时常用的计算方法，其实质是过已知曲线上的三点作一圆。（3）三维型面母线的拟合方法宏程序编程行切法加工三维型面（如球面、变斜角平面等）时，型面截面上的母线通常无法直接加工，而采用短直线来拟合。如图。（4）拟合误差分析非圆曲线与三维型面母线的拟合过程中，不可避免会产生拟合误差，但其误差值不能超出规定值。通常情况下，拟合误差δ应小于或等于编程允许误差δ允，即δ≤δ允。考虑到工艺系统及计算误差的影响，δ允一般取零件公差的1/10～1/5。在实际加工过程中，通常采用合适的拟合方法及减小拟合线段的长度的方法减小拟合误差。拟合误差

2.非圆曲线的宏程序编程非圆曲线轮廓铣削实例加工如图工件，毛坯材料为I200，试编写其数控铣削加工程序。在X向60mm的长度上分布有一个周期的正弦曲线，其振幅为10mm。用X方向上的等间距直线段来拟合正弦曲线。X为自变量，每次增量为0.3mm，相对应的角度为6X。Y坐标为应变量，Y=10sin（6X）。分析：正弦曲线编程思路由于正弦曲线的原点与工件坐标系的原点不重合，因此编程时应注意相互之间的换算关系。＃101：曲线公式中的X坐标，其初始值为0；＃102：曲线公式中的Y坐标，其值为10sin（6X）；＃103：工件坐标系中的X坐标，＃103=＃101－30.0；＃104：工件坐标系中的Y坐标，＃104=＃102+15.0；3.规则曲面中的宏程序编程技巧规则曲面加工实例例加工如图工件，毛坯材料为45钢，毛坯尺寸为80mm×80mm×30mm，试采用手工编程方式编写其数控铣削加工程序。加工本例的斜角平面时，由于其切削深度较大（最大时为20mm）。因此，切削宽度应取较小值，所以在精加工前应进行去除余量的加工，去余量采用Z轴方向的分层切削，每次Z向背吃刀量为5mm，加工出60mm×60mm的四方凸台。精加工采用宏程序加工，加工时从轮廓的切线方向切入切出，加工过程下图所示，加工出四方轨迹后刀具抬高0.1mm，通过变量运算计算出相应的a值，再次加工四方轨迹，如此循环，直到刀具抬高到四棱台顶点处退出循环。变量运算时，以高度“h”为自变量，每次增加0.1mm，四方宽度“a”为因变量，a=30－htan15°，从而求出四方体各点的坐标。分析:＃101：宽度“a”的变量，a=30－h×tan15°；＃102：Z坐标变量，初值为－20.0；＃103：高度“h”变量，初值为0。斜角平面编程思路O0311； G90G94G40G21G17G54； （程序开始部分）G91G28Z0； G90G00X－50.0Y－50.0；

M03S600； G00Z20.0M08； G01Z0.0F100； （刀具下降至Z向起刀点）M98P21L4 （调用子程序粗加工四方体）#102=-20.0； （凸台Z坐标赋初值）#103=0；（加工高度赋初值）#101=30.0－#103*TAN[15.0]；（计算四方体X、Y坐标值）G01Z#102； （刀具Z向移动至加工位置）G41G01X－#101D01； （轮廓延长线上建立刀补）

Y#101； （加工四方体）X#101；

Y－#101；

X－#101；

G40G01X－40.0Y－40.0； （取消刀补）#102=#102+0.1； （Z坐标每次增量为0.1mm）#103=#103+0.1； （Z向高度值每次增量为0.1mm）IF[＃102LE0.0]GOTO100； （条件判断）G91G28Z0； （程序结束部分）M05M09；

M30；

O0021；（轮廓粗加工子程序）G91G01Z－5.0F100； （Z向增量移动－5mm）G90G41X－30.0D01； （切线方向建立刀补）Y30.0； （加工四方体）X30.0； Y－30.0； X－40.0； G40G01X－50.0Y－50.0； （取消刀补）M99； （返回主程序）1.编程思路分析#100：角度变量#101：X坐标变量，#101=50*COS[#100]*COS[#100]*COS[#100]以角度作为自变量，其变化范围为0°～360°，轮廓上各点的X、Y坐标作为因变量。#102：Y坐标变量，#102=40*SIN[#100]*SIN[#100]*SIN[#100]加工本例工件内凹球时：（1）先采用钻头钻出工艺孔。（2）再用R8mm的球形铣刀进行球面轮廓精加工。加工过程中的球心轨迹为图中的圆弧MN，编程时以角度α作为自变量，其变化范围为0°～60°。球心轨迹上的