石品德，石瑛

（1.浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)電工程系，浙江 溫州 325003；2.江西藍(lán)天學(xué)院 土木工程系，江西 南昌 330098）

基于數(shù)控宏編程與普通編程和自動(dòng)編程的分析比較

石品德1，石瑛2

（1.浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)電工程系，浙江 溫州 325003；2.江西藍(lán)天學(xué)院 土木工程系，江西 南昌 330098）

在現(xiàn)代先進(jìn)制造領(lǐng)域，數(shù)控宏程序在數(shù)控加工中具有十分重要的地位，數(shù)控宏程序與普通編程和自動(dòng)編程比較有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，學(xué)習(xí)和掌握數(shù)控宏程序的編程方法與技巧，科學(xué)合理地在數(shù)控加工中運(yùn)用數(shù)控宏程序是提高數(shù)控加工效益、發(fā)揮數(shù)控機(jī)床設(shè)備的使用效能的重要途徑。

宏程序；數(shù)控加工；編程方法

1 數(shù)控宏程序在先進(jìn)制造中的意義

在現(xiàn)代先進(jìn)制造領(lǐng)域，用戶宏程序功能是數(shù)控設(shè)備的一項(xiàng)重要功能，在數(shù)控加工中十分有用，發(fā)揮著巨大的作用。由于宏程序中允許使用變量算法和邏輯運(yùn)算以及各種條件轉(zhuǎn)移等命令，使得在編制一些數(shù)控加工程序時(shí)與普通編程方法相比顯得非常方便和簡(jiǎn)捷，同時(shí)也使程序變得簡(jiǎn)單明了，與自動(dòng)編程比較也有許多優(yōu)點(diǎn)。

采用普通編程方法編制程序，首先必須計(jì)算出輪廓的基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)，才能編制加工程序。然而，輪廓的節(jié)點(diǎn)和基點(diǎn)的計(jì)算不僅非常繁瑣，而且很難計(jì)算或者用一般方法無法計(jì)算，并且編制出來的數(shù)控程序段數(shù)目十分龐大，程序很長(zhǎng)，出錯(cuò)的幾率也大，采用數(shù)控宏程序的方法編制程序比起普通方法編程要簡(jiǎn)便得多。

工程上，使用宏程序加工一些由數(shù)學(xué)表達(dá)式給出的如圓曲線、橢圓曲線、拋物線等輪廓，還有類似的倒角、倒圓角、凸、凹半球和橢球等形體輪廓時(shí)顯得身手不凡，因?yàn)楹瓿绦蚰軌蜉p而易舉地把一個(gè)用普通編程法編制的非常繁瑣的程序變成極其簡(jiǎn)單的程序。

自動(dòng)編程的方法通常是建模，走刀路，后處理獲得NC程序。自動(dòng)編程獲得的程序通常是采用直線逼近曲線方法用G01擬合加工進(jìn)行的，程序長(zhǎng)得驚人，由于受內(nèi)存小的因素的限制，很多機(jī)床只能用DNC方法加工，加工中常出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。

2 數(shù)控宏程序編程方法及注意的問題

編制宏程序的方法實(shí)際上很簡(jiǎn)單，也很容易學(xué)習(xí)，只要弄懂變量與循環(huán)的關(guān)系，編制程序時(shí)就順手順心，一氣呵成。

2.1 編制數(shù)控宏程序編程的方法步驟：

2.1.1 分析擬定走刀軌跡：按加工工藝確定工件加工時(shí)的走刀軌跡，確定程序中應(yīng)該需要幾個(gè)變量值，即使用幾個(gè)變量號(hào)。

2.1.2 分析擬定加工變量層次：由刀具運(yùn)動(dòng)特征劃分動(dòng)作層次，一層變量為一個(gè)循環(huán)，擬定每層的數(shù)學(xué)計(jì)算表達(dá)式，程序有幾層變量，擬定各層間的循環(huán)關(guān)系及其連接方式。

2.2 編制數(shù)控宏程序編程時(shí)要注意的問題：

2.2.1 將計(jì)算表達(dá)式放在循環(huán)內(nèi)，以便刀具按照計(jì)算的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)行。

2.2.2 針對(duì)不同層的變量，其初始值應(yīng)該放在此循環(huán)層的外邊，決不可放在此循環(huán)層之內(nèi)，否則，沒有計(jì)算結(jié)果，永遠(yuǎn)執(zhí)行初始值，即所謂的死循環(huán)。

3 數(shù)控宏程序的幾個(gè)編程例子

現(xiàn)在舉幾個(gè)例子進(jìn)行說明數(shù)控加工宏程序的編制方法。

3.1 橢圓加工宏程序的編制

假設(shè)有一橢圓曲線輪廓的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： x2/602＋y2/502=1 (-60≤x≤60，0≤y≤50)，即半個(gè)橢圓，如圖1所示。

圖 一

在數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 0i的數(shù)控銑床上加工半個(gè)橢圓的數(shù)控宏程序如下：

3.1.1 以橢圓上動(dòng)點(diǎn)與x軸的夾角為變量進(jìn)行編程

上述區(qū)區(qū)21個(gè)程序段，簡(jiǎn)捷明了，假設(shè)用普通方法編制同樣精度的程序，其程序段達(dá)5785段之多。并且還有一勞永逸的好趣，如果要加工全橢圓，只需將：“WHILE[#4LE180]中的180改寫為360”即可，全橢圓采用普通方法編程有多少程序段呢？可想而知就是一個(gè)天文數(shù)字呢。如果橢圓的長(zhǎng)半軸與短半軸以及刀具直徑等參數(shù)發(fā)生了變化，只需將“#1、#2、#3改寫為新的值”即可。

3.1.2 以x值為變量進(jìn)行編程（設(shè)置刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償、半徑補(bǔ)償）

可以看出，上述兩種方法編制的程序同樣簡(jiǎn)潔明了，還有其他方法，因篇幅有限，在此就不再敘述。

3.2 半球的數(shù)控加工宏程序（至上而下加工）

圖 2

圖 3

總體思路：從上至下逐層進(jìn)行加工，在當(dāng)前角度#4處銑一個(gè)整圓后改變其角度（給當(dāng)前角度增加一個(gè)角度增量）即確定下層的深度和圓的半徑后再銑整圓，如此加工至半球。

詳細(xì)分析：本例采用平底刀從上往下進(jìn)行加工。先在半球頂部（XY平面）銑#4初始值對(duì)應(yīng)的半徑的整圓，然后，刀具沿X向進(jìn)給一個(gè)步進(jìn)量（通常為刀具的直徑×0.8）再銑一個(gè)整圓，直至其半徑≥球體半徑+刀具半徑為止。

下一層加工分為準(zhǔn)備階段和加工階段，準(zhǔn)備階段：首先刀具z向抬起一定高度并移動(dòng)到當(dāng)前層圓的半徑處；切削階段：刀具在XZ平面切到下降層圓的半徑處，接著轉(zhuǎn)換到XY平面重復(fù)上層加工路徑。半球的加工主要控制的是每次z軸的下降的尺寸，這里通過控制半球在XZ平面的角度來控制z向的遞進(jìn)量（即控制#4就可以了）。由此可見編制半球加工宏程序只需兩個(gè)循環(huán)。見圖2，圖3。宏程序如下：

4 數(shù)控宏程序與自動(dòng)編程加工分析

自動(dòng)編程加工精度存在諸多因素的影響，首先是它受CAD/CAM軟件建模時(shí)的計(jì)算精度的影響；不同軟件之間CAD圖檔轉(zhuǎn)換精度的影響；其次是受自動(dòng)編程軟件在生成NC刀具軌跡時(shí)計(jì)算精度的影響；再就是后處理環(huán)節(jié)的影響。

自動(dòng)編程生成的程序比較煩瑣，加工一個(gè)簡(jiǎn)單的零件，可能會(huì)有幾千乃至上萬行的程序段，而機(jī)床內(nèi)部程序的存儲(chǔ)空間是很有限的，F(xiàn)ANUC 0i 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置一般為128k或256k，這上千乃至上萬行的程序不止128k或256k，這就需要使用DNC方式在線加工，此時(shí)機(jī)床與電腦之間的傳輸速度又成了影響加工速度的關(guān)鍵，目前的機(jī)床大多數(shù)采用的是R232口的串口通信來實(shí)現(xiàn)在線加工，大多數(shù)系統(tǒng)所支持的R232口最大的傳輸波特率為19200bit/s，即使是在最大的傳輸速度下，當(dāng)計(jì)算精度較高，進(jìn)給速度較快時(shí)，程序的傳輸速度也跟不上，出現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有明顯的斷續(xù)的現(xiàn)象，采用其他方法也不會(huì)有大的改觀。使用宏程序加工時(shí)由于計(jì)算速度非?？?，不會(huì)出現(xiàn)加工中斷的現(xiàn)象。

綜上所述，數(shù)控宏程序在數(shù)控加工中具有獨(dú)特的不可替代的作用，程序簡(jiǎn)單明了，容易驗(yàn)證，加工效率高，加工精度好，一勞永逸，同類結(jié)構(gòu)只需改變幾個(gè)參數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)加工。

[1]趙長(zhǎng)明.數(shù)控加工工藝及設(shè)備[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]黃誠(chéng)駒.逆向工程綜合技能實(shí)訓(xùn)教程. [M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]李宏勝.機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用. [M].北京：高等教育出版社，2004.

[5]張超英，羅科學(xué).數(shù)控機(jī)床加工工藝、編程及操作試訓(xùn)[M].北京：高等教育出版社，2003.

（責(zé)任編輯：周章添）

Programming with Ordinary Programming and Automatic Programming

SHI Pin de1, SHI Ying2
(1. Zhejiang Industry & Trade Vocational College, Wenzhou 325003,China) 2. Civil Engineering Department, Jiangxi Blue Sky University, Nanchang, Jiangxi 330098)

In the feld of modern advanced manufacturing, numerical control macro programming plays an important role in numerical control machining. Compared to ordinary and automatic programming, numerical control macro programming has its unique advantages. Learning and mastering the way and technique of numerical control macro programming, scientifcally and reasonably applying numerical control macro programming are an important means of improving the effciency of numerical control manufacturing and make use of numerical control machine tools.

macro program; numerical control machining; programming method

TG518

A

1672-0105（2010）03-0063-04

2010-05-05

石品德（1956-），男，湖北荊門人，研究員，主要研究方向：機(jī)械專業(yè)教學(xué)與研究。