宏程序的开发与应用

2024-09-17

宏程序的开发与应用（精选3篇）

宏程序的开发与应用第1篇

随着数控加工的发展,应运也产生了许多自动编程软件,这些软件的确解决了复杂型面的加工编程问题,使得加工效率大大提高、误差大大降低,但是也不可回避的是自动编程软件生成的复杂型面的加工程序文件数据量较大,一般大都须在线加工,这样对传输系统就提出了很高的要求,但是不可避免的是要受到传输线路和周围磁场信号的影响,这样使得数控成本提高。如果使用宏程序进行加工,就可以大大缩短程序的长度,从而大大提高了数控机床加工能力,宏程序是加工编程的重要补充。

宏程序是我们把经常使用的某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器,用一个总指令来代表它们,使用时只需给出这各总指令就能执行其功能,把的这一组指令称为宏程序本体,简称宏程序。这各总指令称为用户宏程序调用指令。编程员在编程时只需记住宏指令所代表的含义,而不必记住宏程序本身。简单的说:“宏”的英文单词为“MACRO”,意思是“宏大”、“巨大”的意思,不是说它的程序巨大,而是说它可以完成很大计算工作量的任务,而程序本身一般较短。它与普通程序的区别在于:宏程序本体中,能使用变量,可以给变量赋值,变量之间可以运算,程序运行可以跳转,而普通程序中,只能指定常量,常量之间不能运算,程序只能顺序执行,不能跳转,因此功能是固定的,也就是说一个程序只能针对一个零件,而宏程序则适用于形状相同尺寸不同的加工部位,而且大大减少了系统内存的占用量,所以说宏程序扩大了数控机床的加工范围。宏程序分为A类和B类。

1 A类宏指令

1.1 A类宏指令变量的类型(表1)

1.2 A类宏指令变量的运算指令格式(图1)

变量#j、#k之间按一定运算法则进行运算,运算法则由Hm来确定,将运算结果储存到#i中,为以后运算或机床运动储存数据。

1.3 A类宏指令调用格式

与子程序调用格式相同,使用M98调用,使用M99返回。

2 B类宏指令

2.1 B类宏指令变量的类型(表2)

2.2 B类宏指令变量的非模态调用指令格式

2.3 B类宏指令变量的模态调用指令格式

2.4 B类宏指令变量的赋值(表3)

3导弹加工宏程序的编制

3.1分析“导弹”零件的加工(图2)

3.1.1工艺分析

零件上部为圆柱、圆锥、球体的组合体,需用球头铣刀加工,用普通程序难以编程,若采用G19在yz平面走刀,编程相对较简单,但是为了获得较高的表面质量,走刀次数将会很多,影响加工效率,且机床需经常反向运动,存在冲击环节,影响机床寿命,如采用沿周边轮廓走刀,编程相对复杂,但走刀次数将大大降低,效率大大提高,所以采用周向走刀方式编程。

3.1.2确定夹具

选用刀具零件为长方体结构,所以采用机用平口钳装夹,根据零件尺寸,考虑表面粗糙度、加工效率等因素,使用ф10球头铣刀加工。编程原点、编程坐标系的设定。编程原点设定在工件上表面中心位置,这样便于对刀,刀位点设定在球头铣刀的球心处。

3.1.3确定刀具运动方向及轨迹

为了获得较好的表面质量,所以采用顺铣,刀具从零件的左上角点下刀。刀具的走刀路线是周面轮廓的等距面,等距距离为刀具半径,加工时需计算圆柱与圆锥、圆锥与球体在每一层高度与等距面的交点坐标值。

3.2 A类宏指令编程(图3)

为零件设定一些能够确定加工情况的要素(非易失性变量)。

#501———圆柱半径;#502———球头半径;.#503——刀具半径

主程序

3.3 B类宏指令编程

主程序

宏程序

3.4宏程序比较

宏程序在椭圆半球加工中的应用第2篇

关键词：宏程序;椭圆球面;参数方程;宏变量;R参数

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0044-03

1 概述

在数控加工中经常会遇到曲面或复杂轮廓的零件，特别是包含三维曲面的零件，采用一般手工编程困难很大，且容易出现错误，有的甚至无法编制程序。

用CAD/CAM软件建模编程一般工作量较大，程序体积庞大，加工参数不容易修改等缺点，只要有任何一个参数发生变化，软件只能根据变化以后的参数重新计算刀具轨迹，尽管软件计算刀具的计算速度非常快，但是整个过程始终是比较繁琐的。而采用宏程序，就能很好的解决这一问题。

宏程序就是使用了宏变量的程序。在一般的程序编制中，程序字中地址字符号为一个常量，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。

宏程序中的地址字符号则为一个变量（也称宏变量），可以根据需要通过赋值语句加以改变，使程序具用通用性。配合循环语句、分支语句和子程序调用语句，可以用于编制各种复杂零件的加工程序。

2 宏程序的编制

编制宏程序时必须建立被加工零件的数学模型。也就是通过数学处理找出能够描述加工零件的数学公式数学处理一般有以下两个环节：

一是选择插补方式;

二是求出插补节点的坐标计算通式。

2.1 所谓插补方式

就是根据被加工零件的特点所做的拟合处理。般常用直线拟合和圆弧拟合两种。在相同加工精度要求下，直线拟合虽比圆弧拟合插补节点多、运算数据量大，但数学处理较为简单，因而较为常用

2.2 求出插补节点的坐标计算通式

就是根据曲面特点及所给条件，列出曲面上任意节点的坐标计算通式。根据选取不同形式的参变量方式，一般可分等间距法和等节距法两种形式。

2.2.1 等间距法

所谓等间距法就是在一个坐标轴上进行等增量，然后，根据曲线公式计算出另一个坐标轴的相应坐标值。这样，在实际编程时，将相邻的两节连成直线，用这一系列直线段组成的折线近似理论轮廓曲线。在X轴上进行等增量△X。

根据曲线公式计算出一系列Z轴坐标值，得到在XOZ坐标平面的节点坐标。其特点是计算简单。坐标增量△X的大小决定着曲面的加工精度，越小加工精度越高，同时计算数据增多。

等间距法在实际加工中有一定的局限性例如，在加工球面等“坡度”变化较大的零件时。层高不均匀，造成加工质量不高。同样的△x，得到的Z值却有很大的变化。球面的上下部分残留高度不相等。加工此类零件时，比较理想的方法是采用等节距法

2.2.2 等节距法

所谓等节距法就是把被加工曲面在某一截面内的轮廓线。按固定的长度分割成若干个小线段，实现轮廓线的拟合。这种方法加工精度较高，但计算复杂。

为此，可经过适当转化，采用等角度法。每增加一个转角，通过曲线方程就能计算一个节点坐标。因为采用了等角度增量，所以曲面各加工部位保持加工精度一致。

本文实例中加工椭圆轮廓就是采用了等间距法，椭圆球在加工时Z方向高度采取了等间距法进行处理。

3 加工实例

加工实例示意图，如图1所示。

3.1 零件图纸及要求

加工如图所示的外椭圆球面，采用西门子840D系统编程，使用R5立铣刀加工

3.2 建立工件坐标系

椭圆长轴设为X轴，椭圆短轴设为Y轴。以椭圆球的球心点作为X轴、Y轴的0点，以椭圆半球的底面作为Z轴的0点。

3.3 零件的数学分析

椭圆球面是一个空间曲面，用YOZ坐标平面可截得一个半径为R40的圆，用平行于XOY坐标平面的平面可截得一系列同心椭圆，其长短轴对应成比例。利用这一特点，进行尺寸计算，确定各轴的宏变量计算公式。

3.4 计算宏变量方程通式

XOY平面内椭圆的宏变量方程。

根据椭圆的参数方程：

x=a×cosα;

y=b×sinα这里：

Y为椭圆短半轴长度，设为参数R11;

X为椭圆长半轴长度，设为参数R12;

R1为XOY平面里，椭圆形进行直线拟合时的角度增量;

R2为YOZ平面里，Z轴的高度值;

设为参数R1=0。可得到XOY平面内椭圆的宏变量方程通式：

X=R11×COS（R1）;

Y=R12×SIN（R1）

计算出一些列同心椭圆的长、短半轴。

在XOZ平面中，Z=R2利用椭圆的标准方程式X2/a2+Y2/b2=1计算出，Z=R2时的X值，即这个截面上椭圆长半轴的值R11。

椭圆的标准方程式：

X2/a2+Y2/b2=1

X2/602+R22/402=1

X2=（1-（R2×R2/1600））×3 600

X=SQRT（（1-（R2×R2/1 600））×3 600

在YOZ平面中，Z=R2利用圆形的方程X2+Y2=半径2计算出，Z=R2时的Y值，即这个截面上椭圆短半轴的值R12。

X2+Y2=半径2

Y2=1 600-R2×R2

Y2=SQRT（1 600-（R2×R2））

3.5 编制宏程序

根据以上分析计算，编制宏程序如下所示（西门子840D系统）：

N10 G0 G54 G90 G17 G64

N20 G0 Z300 T1 D1

N30 S1800 M03 F500

N40 G0 X90 Y0

N50 R1=0 R2=0 R11=60 R12=40

N60 AA： G0 Z=R2

N70 G3 G42 X60

N80 BB：G01 X=R11*COS（R1）Y=R12*SIN（R1）

N90 R1=R1+0.2

N100 IF R1<360 GOTO B BB？

N110 G3 X90 Y0

N120 R2=R2+0.5

N130 R11=SQRT（（1-（R2*R2/1600））*3600

N140 R12=SQRT（1600-（R2*R2））

N150 IF R2<40 BOTOB AA

N160 G0 Z300

N170 M02 END

程序解读：

N10 建立坐标系，选择加工平面;

N20 快速定点，选择1号刀具及补偿;

N30 主轴正转，转速1800，进给量500;

N40 快速定位;

N50 R参数赋初始值;

N60刀具下降到起点Z值;

N70刀具半径补偿，沿正半圆工进，切入椭圆参数零点置;

N80用椭圆参数方程，刀具开始直线工进;

N90R值累加;

N100 R值条件跳转至BB（R1=360值时，刀具的轨迹闭环形成了一个椭圆）;

N110 刀具沿正半圆工进，切出离开椭圆;

N120 R值累加;

N130 计算此时的椭圆长轴半径;

N140 计算此时的椭圆短轴半径;

N150 椭圆球高度条件，不满足时跳转至AA;

N160 抬起刀具;

N170 主轴停转，程序结束。

3.6 说明

①程序中有两个循环，主程序段N60至Nl50为一个循环。 .主程序段N80至N90为另一个循环前者用于加工一系列平行于 XOY平面的椭圆，后者用于确定各椭圆的大小及 Z轴位置。

②程序段N90和N120的角度增量程序中都为0.2度，在实际应用中可以根据加工精度和加工效率来取值。

③本程序只是最后一步加工，粗加工可以通过刀具不变，加大刀具半径值来达到留余量的目的，分层加工也可以用相同的方法来实现。

④其他系统也可以参照这种方法编写程序，但要根据系统说明书，改变宏变量符号及循环语句的写法

4 结语

通过以上椭圆球宏程序编程的探讨，我们会发现只要掌握椭圆方程的数学建模和数控宏程序的知识，充分利用以上归纳出来的宏程序编程方法，就可以化难为易，轻松解决编程的难题。

同理，我们举一反三，类似地对其他非圆曲线进行宏程序编程，这样可以减少手工或者自动编程的繁冗，简化数控编程程序，缩短编程时间，提高编程与加工的效率，降低经济成本，必然将提高生产效益。

参考文献：

[1] 吕斌杰，蒋志强，高长银.SIEMENS系统数控铣床和加工中心培训教程 [M].北京：化学工业出版社，2013.

[2] 申晓龙.数控铣床零件编程与加工[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3] 李体仁，王勇强.数控手工编程技术及实例详解-西门子系统[M].北京：

宏程序的开发与应用第3篇

数控编程可以分为手工编程和自动编程两大类,用户宏程序的编程是指手工编程,通常手工编程的指令是指ISO代码指令,每个代码的功能是固定的,由系统厂家开发,使用者只需按照规定编程即可。但有时候这些指令满足不了用户的需要,系统因此提供了用户宏程序的功能,使用户可以对数控系统进行一定的功能扩展,在数控系统的平台上进行二次开发。

宏程序具有灵活性、通用性和智能性等特点,对于规则曲面的编程来说,使用CAD/CAM软件编程一般都有工作量大,程序庞大,加工参数不易修改等缺点,只要任何一项加工参数发生任何变化,再智能的软件也要根据变化后的加工参数重新计算刀具轨迹,尽管软件计算刀具轨迹的速度非常快,但始终是个比较麻烦的过程。而宏程序则注重把机床功能参数与编程语言结合,而且灵活的参数设置也使机床具有最佳的工作性能,同时也给予操作工人极大的自由调整空间。另外使用宏程序编程的最大特点就是将有规律的形状或尺寸用最短的程序段表示出来,具有较好的易读性和易修改性,编写出的程序非常简洁,逻辑严密,通用性极强,而且机床在执行此类程序时,比执行CAD/CAM软件生成的程序更加快捷,反应更迅速。

2 回转体方程曲面变量的表达式

构成零件几何因素有点、直线、圆弧,复杂轮廓可能会有各种二次非圆曲线(椭圆、抛物线、双曲线),以及一些渐开线(常用于齿轮及凸轮等),所有这些都是基于三角函数、解析几何的应用,而数学上都可以用数学表达式及参数方程加以表述,因此宏程序在此有广泛的应用空间,可以发挥其强大的作用。

2.1 椭圆曲面变量的表达式

图1为带椭圆曲面的回转体零件,在数控加工中,以O作为零点建立由X轴和Z轴组成的工件坐标系如图所示,在图中已知椭圆的圆心坐标为(X0,Z0),椭圆在X轴方向的半轴为a,椭圆在Z轴方向的半轴为b,椭圆的方程可以写为:

通常回转体类零件图纸标注尺寸为轴向和径向尺寸,为了减少编程误差,我们在编程时把Z作为已知变量,当Z由Z1变化到Z2时,变量X的表达式为:。当加工如图1带凸椭圆曲面的回转体时,;当加工带凹椭圆曲面的回转体时,

2.2 抛物面变量的表达式

图3为带开口向下的抛物面回转体零件,图中已知抛物面顶点的坐标为(X0,Z0),抛物线方程为:X-X0=-k(Z-Z0)2。以Z作为已知变量,则变量X=X0-k(Z-Z0)。当加工带开口向上的抛物面回转体零件,则变量X=X0+k(Z-Z0)。

2.3 双曲线曲面变量的表达式

3 回转体方程曲面宏程序的开发

采用FANUC0i系统的宏程序编制方法完成的回转体方程曲面宏程序如下:

4 回转体方程曲面宏程序仿真

当毛坯为Φ60,加工椭圆曲面时,已知参数a=23,b=40,X0=0,Z0=-22,Z1=0,Z2=-44,变量X表达式,其曲面宏程序的仿真结果如图6所示。