数控加工中宏程序的应用技巧
摘 要：一般意义上所讲的数控指令其实是指ISO代码指令编程，只能指定常量，
常量之间不能计算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的，不能变化。宏程序则打破用手工编程的这一弱点，它可以对复杂的加工运动进行变量描述，最大限度地使用数控系统内部的各种指令代码，用户宏功能可以使用户提高数控机床性能的一种特珠功能，在相类似工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。
关键词：宏程序；函数公式；模块化；
随着现代制造技术的发展和数控机床的日益普及，数控加工在我国得到广泛的应用。而当今最为常用的两种编程方式为手动编程和自动编程。自动编程是指：先用自动编程软件（比如MasterCAM、Cimatron、UG、CAMworks、CAXA等）绘出工件轮廓线，设置好工艺参数之后，自动生成数控程序的方法。这种加工方法的缺点是：需要配备电脑、自动编程软件和传输接口，甚至需要DNC加工（成本较高）；要求数控编程员会使用自动编程软件；加工不同的轮廓或修改尺寸公差要重新绘图和编程。它的优点是：具备以上软、硬件条件后，加工适应范围广。 手动编程是指：用人工完成程序编制的全部工作（包括利用计算机辅助进行数值计算）称为手工编程。优点是：对于点位加工或几何形状较为简单的零件，数值计算较简单，程序段不多，用手工编程即可实现比较经济。对于比较复杂的零件,若能利用数控系统指定的固定循环 (复合固定循环)指令进行编程,手工编程也是非常方便的。缺点是：对于空间曲面零件，或零件轮廓简单但程序量很大时，使用手工编程既麻烦又费时，且易出错。那么是不是有一种既简便、精确又可以让人读懂的程序呢？宏程序就是一种最好的表达。
应用宏程序变量编程，对可以用函数公式描叙的工件轮廓或曲面进行数控加工，是现代数控系统一个重要的新功能和新方法。虽然用数控车床加工规则曲线轮廓时，常需要使用宏程序，但是很多数学和C语言基础薄弱的学生往往难以掌握。为了让学生尽快学会宏程序编程加工，本人在实践和研究的过程中，以模块化的形式简化规则曲线的编程方法，方便初学者使用。从加工实际情况来看，只要学生理解该模块的编程原理，熟练掌握其编程方法，分析图纸，直接套用模块，就可以快而准地完成宏程序的编制，达到图纸的加工要求。
本文以数控车床为例，在加工零件规则曲线轮廓时，使用粗加工循环指令结合宏程序精加工指令，完成零件的粗精加工。现按照实际编程的顺序步骤，通过三个实例，简单介绍以模块化形式运用宏程序加工规则轮廓。
图1 含抛物线的零件图 图2 含三次曲线的零件图 图3 含椭圆曲线的零件图 一、模块化宏程序编程的原理和实施步骤 （1）选定自变量 1）公式曲线中的X和Z坐标任意一个都可定义为自变量。 2）一般选择变化范围大的一个作为自变量，如图1，抛物线从起点A到终点B，Z坐标变化量为40，X坐标变化量为10，所以将Z坐标选定为自变量比较适当。 3）根据表达式方便情况来确定X或Z作为自变量，如图2，三次曲线表达式为Z=0.01X3，将X坐标定义为自变量比较适当。如果将Z坐标定义为自变量，则因变量X的表达式为X?3Z/0.01，其中含有三次开方函数在宏程序中不方便表达。 4）为了表达方便，在这里将和X坐标相关的变量设为#1、#11、#12等，将和Z坐标相关的变量设为#2、#21、#22等。 （2）确定自变量的起止点的坐标值 该坐标值是相对于公式曲线自身坐标系的坐标值。其中起点坐标为自变量的初始值，终点坐标为自变量的终止值。 如图1所示，选定抛物线段的Z坐标为自变量#2，起点A的Z坐标为Z1=45，终点B的Z坐标为Z2=5。则自变量#2的初始值为45，终止值为5。 如图2所示，选定三次曲线的X坐标为自变量#1，起点A的X坐标为X1=15-(7-5.848)=13.848，终点B的X标为X2= =5.848。则#1的初始值为13.848，
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终止值为5.848。
如图3所示，选定椭圆线段的Z坐标为自变量#2，起点A的Z坐标为Z1=15，终点T的Z坐标为Z2=-15。则#2的初始值为15，终止值为-15。
(3) 进行函数变换，确定因变量相对于自变量的宏表达式
如图1，Z坐标为自变量#2，则X坐标为因变量#1，那么X用Z表示为： X=SQRT[Z/0.2] 分别用宏变量#1、#2代替上式中的X、Z，即得因变量#1相对于自变量#2的宏表达式： #1=SQRT[#2/0.2]
如图2，X坐标为自变量#1，因Z坐标为因变量#2，那么Z用X表示为：Z=0.01*X*X*X 分别用宏变量#1、#2代替上式中的X、Z，即得因变量#2相对于自变量#1的宏表达式： #2=0.01*#1*#1*#1
如图3，Z坐标为自变量#2，则X坐标为因变量#1，那么X用Z表示为：X=15*SQRT[1－Z*Z/20/20] 分别用宏变量#1、#2代替上式中的X、Z，即得因变量#1相对于自变量#2的宏表达式： #1=15*SQRT[1－#2*#2/20/20] （4）确定规则曲线自身坐标系原点对编程原点的偏移量（含正负号）
该偏移量是相对于工件坐标系而言的。
如图1所示，抛物线自身原点相对于编程原点的X轴偏移量△X=25，Z轴偏移量△Z=-60。如图2所示，三次曲线自身原点相对于编程原点的X轴偏移量△X=23.848，Z轴偏移量△Z=-46.556。如图3所示，椭圆线段的X轴偏移量△X=24.933，Z轴偏移量△Z=-45。
（5）判别在计算工件坐标系下的X坐标值（#11）时，宏变量#1的正负号。
1）以编程轮廓中的公式曲线自身坐标系原点为原点，绘制对应工件坐标系的X＇和Z＇坐标轴，以其Z＇坐标为分界线,将轮廓分为正负两种轮廓，编程轮廓在X＇正方向的称为正轮廓，编程轮廓在X负方向的称为负轮廓；
2）如果编程中使用的公式曲线是正轮廓，则在计算工件坐标系下的X坐标值（#11）时宏变量#1的前面应冠以正号，反之为负。
按以上规律，可知上图三曲线段均为负轮廓，故在计算工件坐标系下的X坐标值#11时宏变量#1的前面应冠以负号。 （6）套用宏编程模块
1）设X坐标为自变量#1，Z坐标为因变量#2，自变量步长为ΔU，则公式曲线段的精加工程序宏指令编程模板如下：
#1=X1 (给自变量#1赋值X1:X1是曲线自身坐标系下起始点的坐表值） WHILE #1 GE X2 （自变量#1的终止值X2：X2是公式曲线自身坐标 系下终止点的坐标值）
#2=f（#1）(函数变换:确定因变量#2（Z）相对于自变量#1（X）的宏表达式） #11=±#1+ΔX （计算工件坐标系下的X坐标值#11：编程使用的 是正轮廓，#1前冠以正，反之冠以负。ΔX为公式 曲线自身坐标原点相对于编程原点的X轴偏移量。） #22=#2+ΔZ （计算工件坐标系下的Z坐标值#22：ΔZ为公式 曲线自身坐标原点相对于编程原点的Z轴偏移量） G01 X[2*#11] Z[#22] （直线插补，X为直径编程）
2
#1=#1-ΔU （自变量以步长ΔU变化） ENDW （循环结束）
2）设Z坐标为自变量#2，X坐标为因变量#1，自变量步长为ΔW，则公式曲线段的精加工程序宏指令编程模板如下：
#2=Z1 (给自变量#2赋值Z1：Z1是曲线自身坐标系下起始点的坐标值) WHILE #2 GE Z2 （自变量#2的终止值Z2：Z2是公式曲线自身坐标 系下终止点的坐标值）
#1=f（#2）(函数变换：确定因变量#1（X）相对于自变量#2（Z）的宏表达式) #11=±#1+ΔX （计算工件坐标系下的X坐标值#11：编程中使用 的是正轮廓，#1前冠以正，反之冠以负；ΔX为公 式曲线自身坐标原点相对于编程原点的X轴偏移量。 #22=#2+ΔZ （计算工件坐标系下的Z坐标值#22：ΔZ为公式曲 线自身坐标原点相对于编程原点的Z轴偏移量） G01 X[2*#11] Z[#22] （直线插补，X为直径编程） #2=#2-ΔW （自变量以步长ΔW变化） ENDW （循环结束）
二、模块化宏程序编程的实例（零件的外轮廓粗精加工程序）
1、如图1所示零件（设毛坯为直径42mm的棒料）：
数控加工中宏程序的应用技巧
