[摘 要] 在數(shù)控加工領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)裝備或特種裝備的生產(chǎn)大多以多品種、小批量化生產(chǎn)模式為主。這種模式存在效率低、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。為了解決現(xiàn)狀，可根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)、工藝過程及加工方法的相似性，運(yùn)用成組技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分類，以成組加工的模型進(jìn)行成產(chǎn)，結(jié)合數(shù)控加工中的宏程序指令，可有效提高零件的生產(chǎn)效率，降低工作強(qiáng)度。使用宏程序指令加工有一定數(shù)學(xué)規(guī)律的零件，在數(shù)控加工中應(yīng)用非常廣泛。在成組加工中，如何根據(jù)零件的尺寸規(guī)律，按照合理的工藝，編制出正確、高效的加工程序非常重要。文章以典型實(shí)例介紹宏程序在成組加工中的應(yīng)用方法與技巧。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控加工；成組加工；宏程序；變量

[中圖分類號(hào)]TG659 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）12–0156–03

The Application of Macro Programs in Group Processing

MENG Dong

[Abstract]In the field of numerical control machining， the production of experimental equipment or special equipment is mostly based on multi-variety and small-batch production mode. This mode has some problems， such as low efficiency， high cost and high labor intensity. In order to solve the current situation， according to the structural shape characteristics of the parts， the similarity of the process and the processing method， the group technology is used to classify them， and the group processing model is produced， combined with the macro program instructions in CNC processing， which can effectively improve the production efficiency of the parts and reduce the work intensity. The use of macro program instructions to process parts with certain mathematical laws is widely used in numerical control machining. In group processing， it is very important to work out correct and efficient processing program according to the size law of parts and reasonable process. This paper introduces the application methods and techniques of macros in group processing with typical examples.

[Keywords]CNC machining； group processing； macro program； variable

在數(shù)控加工領(lǐng)域，編程方式一般分為手工編程和自動(dòng)編程。相對(duì)于手工編程，自動(dòng)編程具備數(shù)學(xué)處理能力，可快速、自動(dòng)生成數(shù)控程序，程序的自檢糾錯(cuò)能力強(qiáng)。但自動(dòng)編程仍不能完全取代手工編程，手工編程自由度大，能夠按照編程人員的意志控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在手工編程的重要工具——宏程序。

在成組加工中，編制形狀類似、尺寸不同但存在一定數(shù)學(xué)規(guī)律的零件，使用自動(dòng)編程存在一些弊端，如程序可調(diào)性差、程序冗長(zhǎng)（通常是手工編程的1 000～10 000倍）、可讀性差、靈活性差。而使用宏程序編制的程序，便于程序流程控制，程序的可控性、可調(diào)性好，程序段非常少，但要求編程者在編制程序的過程中思路清晰、語法正確，并且具有一定的工藝性，才能編制出效率高、通用性強(qiáng)的程序。文章結(jié)合實(shí)例，對(duì)宏程序在成組加工中的應(yīng)用加以闡述。

1 成組加工簡(jiǎn)介

成組加工一般應(yīng)用于多品種、小批量的生產(chǎn)，是基于成組技術(shù)對(duì)所有產(chǎn)品零件進(jìn)行系統(tǒng)分組，將類似的零件合并、匯集成一組，再針對(duì)不同零件的特點(diǎn)，組織相應(yīng)的機(jī)床形成不同的加工單元，對(duì)其進(jìn)行加工。經(jīng)過這樣的重新組合，可以使不同零件在同一機(jī)床上用同一個(gè)夾具和同一組刀具，稍加調(diào)整就能加工，從而變小批量生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)效率，降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

成組加工在機(jī)械加工工藝中應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)包括以下方面。

（1）減少機(jī)床調(diào)整工作量。將加工方法、安裝方式及機(jī)床調(diào)整相近的零件組成零件組，放在一起加工，減少了機(jī)床調(diào)整的工作量。

（2）提高加工效率。成組加工可以提高加工效率，因?yàn)橥M零件可以一起加工，減少了加工時(shí)間。

（3）降低成本。成組加工可以降低成本，因?yàn)榭梢詼p少機(jī)床調(diào)整、刀具更換、夾具設(shè)計(jì)等方面的時(shí)間和成本。

（4）提高產(chǎn)品質(zhì)量。成組加工可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，因?yàn)榭梢詼p少加工誤差和提高加工精度。

2 宏程序簡(jiǎn)介

宏程序，又稱用戶宏程序，是指把具有某種功能的一組命令，以子程序的形式預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)儲(chǔ)存器中，并通過主程序中的宏程序調(diào)用指令調(diào)用并執(zhí)行。宏程序其實(shí)是一種可以利用參數(shù)變量自動(dòng)運(yùn)算的子程序。參數(shù)變量通常以“#”符號(hào)后跟1～4位數(shù)字來表示，其類型主要包括以下幾種。

（1）局部變量。#1～#33，這類變量在宏程序中局部使用，用于自變量轉(zhuǎn)移，斷電時(shí)會(huì)被初始化。

（2）公用變量。#100～#149和#500～#509，這些變量可在不同的宏程序中公用，#100～#149斷電后會(huì)被初始化，而#500～#509的數(shù)據(jù)在斷電后仍可保存。

（3）系統(tǒng)變量。#1000，用于讀寫CNC運(yùn)行時(shí)各種數(shù)據(jù)的變化，如刀具的當(dāng)前位置和補(bǔ)償值。

在數(shù)控編程中，宏程序主要通過以下方式實(shí)現(xiàn)變量和表達(dá)式的運(yùn)算。

（1）變量賦值。使用等號(hào)（=）將常量或表達(dá)式的值賦給變量。例如，#1=5表示將數(shù)值5賦給變量#1。

（2）算術(shù)運(yùn)算。宏程序支持加（+）、減（–）、乘（*）、除（/）等算術(shù)運(yùn)算符，可以對(duì)變量進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算。例如，#1+#2表示將變量#1和#2的值相加。

（3）邏輯運(yùn)算。使用邏輯運(yùn)算符，如等于（EQ）、不等于（NE）、大于（GT）、小于（LT）等，對(duì)變量或表達(dá)式進(jìn)行邏輯判斷。例如，#1EQ#2表示判斷變量#1是否等于變量#2。

（4）函數(shù)調(diào)用。可以使用系統(tǒng)提供的函數(shù)（如三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等）對(duì)變量進(jìn)行運(yùn)算。例如，SIN（#1）表示計(jì)算變量#1的正弦值。

（5）條件判斷。通過邏輯運(yùn)算和控制語句（如IF–ELSE、WHILE等）實(shí)現(xiàn)條件判斷和分支控制，根據(jù)不同的條件執(zhí)行不同的操作。

（6）循環(huán)控制。使用循環(huán)語句（如WHILE循環(huán)）可以重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足特定條件。

這些運(yùn)算方式可以組合使用，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的加工邏輯和算法。通過合理運(yùn)用變量和表達(dá)式的運(yùn)算，可以提高編程的靈活性和效率，實(shí)現(xiàn)特殊的加工需求。

3 宏程序在成組加工中的優(yōu)勢(shì)

（1）靈活性高?？梢愿鶕?jù)不同的加工需求進(jìn)行靈活編程，適應(yīng)多種零件的加工。

（2）提高效率。通過宏程序可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、批量化的加工，減少重復(fù)編程的時(shí)間，提高加工效率。

（3）適應(yīng)性強(qiáng)。能夠適應(yīng)復(fù)雜形狀和尺寸的零件加工，擴(kuò)大了機(jī)床的加工能力。

（4）便于修改。對(duì)加工過程中的參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化較為方便，能快速適應(yīng)生產(chǎn)需求的變化。

（5）減少編程工作量?？梢詫⒅貜?fù)的加工動(dòng)作和邏輯封裝在宏程序中，減少了編程的工作量。

根據(jù)宏程序的使用特性，將其應(yīng)用于成組加工，不僅可以簡(jiǎn)化程序的編制，使數(shù)控程序具有高度的通用性，又增強(qiáng)了其可讀性，減少了程序輸入量，方便現(xiàn)場(chǎng)修改，可有效提高生產(chǎn)效率，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 工藝分析

現(xiàn)有48種零件，每種零件加工1件，毛坯形狀完全相同，內(nèi)圓弧R1223尺寸一致且不加工，需加工外圓弧曲面（圖1），48種零件的外圓弧半徑在R1 289.7 mm～R1 291.6 mm內(nèi)變化，各個(gè)零件的外圓弧半徑尺寸均不一致，公差要求±0.1 mm。

產(chǎn)品材料為黑色橡膠，加工時(shí)使用專用真空工裝吸附，尺寸550沿機(jī)床x軸方向裝夾，加工設(shè)備為VB1000立式加工中心，設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)為FANUC–0i，加工刀具為￠20球頭銑刀。

該批次產(chǎn)品使用CAM軟件自動(dòng)編制加工程序，要逐個(gè)對(duì)每種零件進(jìn)行建模和編程，工作量大，程序數(shù)量多，而且編制的程序冗長(zhǎng)，有數(shù)萬個(gè)程序段，工人在操作過程中調(diào)取程序時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)也不能直觀了解加工內(nèi)容，靈活性較差，不便于修改。通過使用宏程序進(jìn)行參數(shù)化編程，將有效減少程序數(shù)量，簡(jiǎn)化程序內(nèi)容，使其直觀，利于工人操作，可有效提高生產(chǎn)加工效率。

對(duì)產(chǎn)品的圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行分析，外圓弧尺寸較大，不易直接測(cè)量圓弧半徑大小，但外圓弧的尺寸變化最終體現(xiàn)在了零件的厚度尺寸上，控制厚度尺寸，即可保證外圓弧半徑尺寸。因此厚度尺寸是編制該產(chǎn)品宏程序的一個(gè)關(guān)鍵變量。

4.2 宏程序的編制

編制宏程序時(shí)，零件尺寸550沿機(jī)床x軸方向，圓弧在G19（y、z）平面加工。首先編制一個(gè)沿y、z截面的刀路（圖2）。為了減少編程時(shí)的計(jì)算量，加工刀具的對(duì)刀點(diǎn)設(shè)定為R10圓弧中心位置，程序零點(diǎn)設(shè)置為R1223內(nèi)圓弧頂點(diǎn)，加工刀具路線為：安全高度點(diǎn)1→切入點(diǎn)點(diǎn)2→銑削外圓弧→切出點(diǎn)點(diǎn)3→安全高度點(diǎn)4。

設(shè)置基礎(chǔ)變量參數(shù)：#500=厚度、#501=切入點(diǎn)角度、#502=進(jìn)給量、#503=刀具直徑。

各變量關(guān)系式：

#504=1 223+[#500]+ [#503]/2；（程序路徑圓弧段的圓弧半徑）

根據(jù)產(chǎn)品要求，在加工48種零件時(shí)，工人只需要根據(jù)圖紙尺寸要求修改變量#500的賦值，僅該程序就可完成所有類型零件的加工，程序靈活性強(qiáng)，通用性強(qiáng)。同時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品要求和加工情況，去調(diào)整進(jìn)給速度（#502）、刀具大小（#503）、步進(jìn)距離（#509）等，改變相對(duì)應(yīng)的變量賦值即可。

4.3 宏程序的仿真與驗(yàn)證

使用VERICUT軟件對(duì)程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證程序中#500設(shè)置為66.7，加工結(jié)果應(yīng)滿足66.7±0.1 mm。經(jīng)仿真，宏程序語句的語法正確性，可按照編制思路運(yùn)行，正常完成零件切削。對(duì)加工仿真后的零件測(cè)量多個(gè)位置厚度尺寸，厚度尺寸在66.72～66.79 mm，均在產(chǎn)品要求公差范圍內(nèi)。仿真驗(yàn)證無誤后，進(jìn)行了產(chǎn)品的試制，零件測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果一致。

5 結(jié)束語

文章通過實(shí)例闡述了宏程序在成組加工中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)，可看到宏程序在成組加工中可大幅節(jié)省編程時(shí)間，使程序的可讀性、適用性及合理性大幅增加，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從根本上解決了在多品種、小批量零件的生產(chǎn)中，自動(dòng)編程周期長(zhǎng)和難于修改的矛盾。但要使用宏程序編程，須對(duì)所使用的數(shù)控程序原有代碼有充分了解并能熟練運(yùn)用，充分考慮數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，利用機(jī)床的各項(xiàng)功能，考慮加工過程中所遇到的各種可能因素，才能編制出有利于生產(chǎn)加工的宏程序。

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