數(shù)控銑床加工中心加工技術(shù)（第二版）課件 項(xiàng)目七 宏程序編程

任務(wù)1噴絲板零件加工1．掌握宏程序及變量的概念。2．了解宏程序編程的方法。3．學(xué)會采用B類宏程序編寫直線均布孔的加工程序。4．學(xué)會采用B類宏程序編寫圓周均布孔的加工程序。通過完成任務(wù)，掌握以下知識和技能。多孔加工宏程序編程實(shí)例噴絲板零件的加工訂單，數(shù)量為5件，零件圖如下。毛坯材料為45鋼，尺寸為100mm×80mm×15mm。試編寫其加工程序并完成加工。如采用一般的編程方法編寫加工程序，每一個孔均需計算其基點(diǎn)坐標(biāo)，而且每一個孔均需編寫單獨(dú)的程序段。在編程和加工過程中容易引起編程和程序輸入等方面的錯誤。采用宏程序編寫該工件的加工程序段，程序簡單且不需要計算孔的基點(diǎn)坐標(biāo)。1.宏程序的基本概念（1）宏程序的定義一組以子程序的形式存儲并帶有變量的程序稱為用戶宏程序，簡稱宏程序。調(diào)用宏程序的指令稱為用戶宏程序指令或宏程序調(diào)用指令（簡稱宏指令）。而在用戶宏程序的本體中，可以使用變量進(jìn)行編程，還可以用宏指令對這些變量進(jìn)行賦值、運(yùn)算等處理。通過使用宏程序能執(zhí)行一些有規(guī)律變化（如非圓二次曲線輪廓）的動作。FANUC0i系統(tǒng)采用B類宏程序進(jìn)行編程。宏程序A類B類宏程序與普通程序相比較普通程序的程序字為常量，一個程序只能描述一個幾何形狀，所以缺乏靈活性和適用性。（2）宏程序中的變量在常規(guī)的主程序和子程序內(nèi)，總是將一個具體的數(shù)值賦給一個地址，為了使程序更加具有通用性、靈活性，故在宏程序中設(shè)置了變量。

1）變量的表示一個變量由符號“?！焙妥兞啃蛱柦M成，如：＃I（I=1，2，3，…）。此外，變量還可以用表達(dá)式進(jìn)行表示，但其表達(dá)式必須全部寫入方括號“[]”中。例＃100，＃500，＃5，＃[＃1+＃2+10]。

2）變量的引用將跟隨在地址符后的數(shù)值用變量來代替的過程稱為引用變量。同樣，引用變量也可以采用表達(dá)式。例G01X＃100Y－＃101F[＃101+#103]；當(dāng)＃100=100.0、＃101=50.0、＃103=80.0時，上例即表示為G01X100.0Y－50.0F130；

3）變量的種類變量分為局部變量、公共變量（全局變量）和系統(tǒng)變量三種。局部變量（＃1～＃33）是在宏程序中局部使用的變量。當(dāng)宏程序C調(diào)用宏程序D而且都有變量＃1時，由于變量＃1服務(wù)于不同的局部，所以C中的＃1與D中的＃1不是同一個變量，因此可以賦予不同的值，且互不影響。公共變量（＃100～＃149、＃500～＃549）貫穿于整個程序過程。同樣，當(dāng)宏程序C調(diào)用宏程序D而且都有變量＃100時，由于＃100是全局變量，所以C中的＃100與D中的＃100是同一個變量。實(shí)際加工時，常采用公共變量進(jìn)行編程。系統(tǒng)變量是指有固定用途的變量，它的值決定系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)變量包括刀具偏置值變量、接口輸入與接口輸出信號變量及位置信號變量等。2.宏程序編程（1）變量的賦值宏程序的運(yùn)算類似于數(shù)學(xué)運(yùn)算，用各種數(shù)學(xué)符號來表示。例＃100=100.0；

＃101=30.0+20.0；變量的賦值方法有兩種，即直接賦值和引數(shù)賦值，其中直接賦值的方法較為直觀、方便，其書寫格式如下：（2）宏程序運(yùn)算指令變量的各種運(yùn)算功能格式備注與具體示例定義、轉(zhuǎn)換#i=#j#100=#1，#100=30.0加法#i=#j+#k#100=#1+#2減法#i=#j－#k#100=100.0－#2乘法#i=#j*#k#100=#1*#2除法#i=#j/#k#100=#1/30（轉(zhuǎn)下頁）功能格式備注與具體示例正弦#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]絕對值#i=ABS[#j]舍入#i=ROUND[#j]上取整#i=FIX[#j]下取整#i=FUP[#j]自然對數(shù)#i=LN[#j]指數(shù)函數(shù)#i=EXP[#j]或#i=#jOR#k邏輯運(yùn)算一位一位地按二進(jìn)制執(zhí)行異或#i=#jXOR#k與#i=#jAND#k例＃1=SIN[[[＃2+＃3]＊4+＃5]/＃6]；宏程序計算說明如下：

1）函數(shù)SIN、COS等的角度單位是度，分和秒要換算成帶小數(shù)點(diǎn)的度。如90°30’表示90.5°，而30°18’表示30.3°。

2）宏程序數(shù)學(xué)計算的次序依次為：函數(shù)運(yùn)算（SIN、COS、ATAN等），乘和除運(yùn)算（*、/、AND等），加和減運(yùn)算（+、－、OR、XOR等）。

3）函數(shù)中的括號用于改變運(yùn)算次序，允許嵌套使用，但最多只允許嵌套5級。（3）宏程序轉(zhuǎn)移指令1）分支語句格式一GOTOn；例GOTO1000；無條件轉(zhuǎn)移語句，當(dāng)執(zhí)行該程序時，無條件轉(zhuǎn)移到N1000程序段執(zhí)行。格式二IF[條件表達(dá)式]GOTOn；例IF[#1GT#100]GOTO1000；有條件轉(zhuǎn)移語句，如果條件成立，則轉(zhuǎn)到N程序段執(zhí)行，如果條件不成立，則執(zhí)行下一句程序。條件表達(dá)式種類條件式意義具體示例#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）循環(huán)指令WHILE[條件式]DOm（m=1、2、3…）；……ENDm；當(dāng)條件式滿足時，就循環(huán)執(zhí)行WHILE與END之間的程序段m次，當(dāng)條件不滿足時，就執(zhí)行“ENDm；”的下一個程序段。3.宏程序編程示例例

加工下圖所示直線均布孔，試編寫其加工中心加工程序。＃101：圖中各孔的X坐標(biāo)；＃102：圖中各孔的Y坐標(biāo)；＃103：中間變量，其余各孔與第一個孔的孔中心距。宏程序編程實(shí)例例2加工下圖所示的圓周均布孔，試采用FANUC指令編寫其加工程序。“#100”作為圓周均布孔的角度變量；“#101”來代表圓周均布孔中心的X坐標(biāo)；

#101=35.0*COS[#100]；“#102”來代表圓周均布孔中心的Y坐標(biāo)；

#102=35.0*SIN[#100]；宏程序加工圓周均布孔實(shí)例O0032；G90G94G40G21G80G54；G91G28Z0；G90G00X-50.0Y-50.0；M03S600；G00Z50.0M08；#100=0.0；（角度變量賦初值）N100#101=35.0*COS[#100]；（孔中心X坐標(biāo)）#102=35.0*SIN[#100]；（孔中心Y坐標(biāo)）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，則返回N100）G80；G00Z100.0；M05M09；M30；1.加工準(zhǔn)備（1）選擇數(shù)控機(jī)床（2）選擇刀具及切削用量刀具為φ10mm的鉆頭；切削用量推薦值:切削速度n=600r/min；進(jìn)給量f=100mm/min。

本例選用的機(jī)床為FANUC0i系統(tǒng)的TH7650型數(shù)控銑床。二、編制加工程序1．編程思路分析先鉆出下方的第一排直線均布孔——編程時以各孔中心的坐標(biāo)值作為變量。加工第二排孔時，需初始化設(shè)定第二排中第一個孔的位置，再變量運(yùn)算其他孔中心的坐標(biāo)值。＃101：各排第一孔中心的X坐標(biāo)。＃102：各排第一孔中心的Y坐標(biāo)。＃103：各孔中心的X坐標(biāo)。＃104：各孔中心的Y坐標(biāo)。＃105：各孔與第一列孔間的距離。（2）編制加工程序加工程序程序說明O0010；主程序G90G94G50G17G54F100；程序開始G91G28Z0；M06T01；M03S600；G90G43G00Z20.0H01M08；#101=0；各排第一孔中心的X坐標(biāo)#102=0；各排第一孔中心的Y坐標(biāo)N100#105=0；各孔與第一列孔間的距離N200#103=#101+＃105*COS[15.0]；各孔中心的X坐標(biāo)（轉(zhuǎn)下頁）加工程序程序說明#104=#102+＃105*SIN[15.0]；各孔中心的Y坐標(biāo)G99G81X#101Y#102Z－20.0R3.0F100；孔加工#105=#105+15.0；計算各孔與第一列孔間的距離IF[#103LE75]GOTO200；條件判斷#101=#101+15.0*SIN[10.0]；計算各排第一個孔的坐標(biāo)#102=#102+15.0*COS[10.0]；IF[#101LE45.0]GOTO100；條件判斷G80G49M09；取消固定循環(huán)G91G28Z0；程序結(jié)束M30；3.完成數(shù)控加工完成噴絲板零件的加工。任務(wù)2網(wǎng)格零件加工1．進(jìn)一步熟悉宏程序的編程方法。2．掌握坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)中的宏程序編程技巧。3．掌握坐標(biāo)平移中的宏程序編程技巧。4．掌握螺紋銑削中的宏程序編程技巧。通過完成任務(wù)，掌握以下知識和技能。網(wǎng)格零件的加工訂單，數(shù)量為10件，零件圖如下，毛坯材料為45鋼，尺寸為180mm×180mm×8mm。試編寫其加工程序并完成加工。子程序指令進(jìn)行編程加工程序極為復(fù)雜，且須計算每個型腔的基點(diǎn)坐標(biāo)，編程與程序的輸入極不方便采用宏程序結(jié)合坐標(biāo)平移的方式進(jìn)行編程程序簡單明了，通俗易懂1.坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)中的宏程序編程技巧例下圖所示工件，毛坯尺寸為φ80mm×15mm，試編寫其加工程序。宏程序編程實(shí)例例題分析：加工本例工件時，如僅以坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)行編程，則程序較長。如能采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)結(jié)合宏程序進(jìn)行編程，可簡化編程過程中的基點(diǎn)計算，提高編程效率。編程時，以所旋轉(zhuǎn)的角度作為變量（#100），每次增量為30o（#100=#100+30.0）。O317；

（主程序）G90G94G21G40G54；

（程序初始化）

G91G28Z0；

（Z軸回參考點(diǎn)）G90G00X0.0Y0.0；

（快速點(diǎn)定位）Z20.0；M03S500；

（主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速500r/min）G01Z－5.0F100；

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

（旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)）N100G68X0Y0R#100；

（旋轉(zhuǎn)#100）G01X15.0Y0；G41G01X25.0Y0D01；

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

（取消旋轉(zhuǎn)）#100=#100+30.0；

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

（條件判斷）G91G28Z0；M05；M30；2.坐標(biāo)平移中的宏程序編程技巧例加工如圖所示工件，在一次裝夾過程中加工5行8列共計40個零件，行間距和列間距均為70mm，試編寫其加工程序。坐標(biāo)平移編程實(shí)例例題分析：加工上例工件時，主程序采用局部坐標(biāo)系再結(jié)合宏程序進(jìn)行編程（子程序不變），編程過程中使用以下變量進(jìn)行運(yùn)算。#101:X坐標(biāo)變量。#102:Y坐標(biāo)變量。O074；G90G94G40G21G54；G91G28Z0；G90G00X0Y0；M03S600；G00Z10.0M08；#102=0；（Y坐標(biāo)的初始值）N100#101=0；（X坐標(biāo)的初始值）N200G52X#101Y#102；（坐標(biāo)系平移）M98P100；（調(diào)用子程序加工單個零件）#101=#101+70.0；（X坐標(biāo)每次增大70mm）IF[＃101LE490.0]GOTO200；（如果X坐標(biāo)≤490.0，則返回N200）#102=#102+70.0；（Y坐標(biāo)每次增大70mm）IF[＃102LE280.0]GOTO100；（如果Y坐標(biāo)≤280.0，則返回N100）G52X0Y0；G00Z100.0；M05M09；M30；3.螺紋加工過程中的宏程序編程技巧例在數(shù)控銑床上加工下圖所示內(nèi)螺紋，在內(nèi)螺紋加工前其底孔已加工完成（底孔直徑為38.5mm），試編寫其數(shù)控銑加工程序。銑內(nèi)螺紋實(shí)例就是通過宏程序?qū)⒍鄠€螺旋線首尾相連。在編程過程中，用變量“#101”來表示每條螺旋線的終點(diǎn)Z坐標(biāo)，則每條相連的螺旋線終點(diǎn)的Z坐標(biāo)相差一個螺距。O0033；G90G94G40G21G17G54；G91G28Z0；G90G00X0Y0；M03S600；G00Z20.0M08

；例題分析：采用宏程序結(jié)合螺旋指令來進(jìn)行編程；實(shí)質(zhì):G01Z2.0F100；（刀具下降至Z向起刀點(diǎn)）#101=0.5；（螺旋線終點(diǎn)的Z坐標(biāo)）G41G01X20.0Y0D01；（螺旋線起始點(diǎn)）N100G02I-20.0Z=#101；（加工螺旋線）#101=#101-1.5；（計算下一條螺旋線Z向終點(diǎn)坐標(biāo)）IF[＃101GT-28.0]GOTO100；G40G01X0.0Y0.0；G91G28Z0；M05M09；M30；1.加工準(zhǔn)備（1）選擇機(jī)床選用FANUC0i系統(tǒng)的XK7650型數(shù)控銑床。（2）選擇刀具和切削用量選擇φ10mm的高速鋼立銑刀，切削用量推薦值如下：主軸轉(zhuǎn)速n=600r/min，進(jìn)給速度vf=100mm/min。。2.編制數(shù)控加工程序（1）編程思路分析先將工件坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)45°。用變量“#101”來代表各內(nèi)型腔中心在旋轉(zhuǎn)后工件坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)。用變量“#102”來代表各內(nèi)型腔中心在旋轉(zhuǎn)后工件坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)?！?101”的初始值為－67.5?！?102”的初始值也為－67.5。二、編制加工程序（轉(zhuǎn)下頁）（轉(zhuǎn)下頁）（轉(zhuǎn)下頁）（轉(zhuǎn)下頁）3.完成數(shù)控加工完成網(wǎng)格零件的加工。任務(wù)3模具型芯零件加工1．了解非圓曲線和規(guī)則曲面的擬合方法。2．掌握非圓曲線加工過程中的宏程序編程方法。3．掌握規(guī)則曲面加工過程中的宏程序編程方法。通過完成任務(wù)，掌握以下知識和技能。非圓曲線及規(guī)則曲面宏程序編程實(shí)例模具型芯零件的加工訂單，訂單數(shù)量為5件，零件圖如下。毛坯材料為45鋼，毛坯尺寸為80×60×15（mm）。試編寫其加工程序并完成加工。非圓曲線輪廓和規(guī)則曲面可用短直線對這些輪廓進(jìn)行擬合采用宏程序進(jìn)行編程1.曲面及固定斜角平面的加工方法（1）加工方法的選擇固定斜角平面加工

曲面行切法加工規(guī)則曲面（如球面、橢球面等）或固定斜角平面數(shù)控銑削加工時，多以行切法進(jìn)行三軸聯(lián)動加工，如左圖。編程方法選用手工宏程序編程或自動編程。采用行切法加工時，會在工件表面留有較大的殘留面積，如右圖，影響表面加工質(zhì)量。減小行切法殘留面積的辦法是減小行距。（2）非圓曲線輪廓的擬合計算方法目前大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)還不具備非圓曲線的插補(bǔ)功能。因此，加工這些非圓曲線時，通常采用直線段或圓弧線段擬合的方法進(jìn)行。

1）等間距法在一個坐標(biāo)軸方向，將擬合輪廓的總增量（如果在極坐標(biāo)系中，則指轉(zhuǎn)角或徑向坐標(biāo)的總增量）進(jìn)行等分后，對其設(shè)定節(jié)點(diǎn)，并計算各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，稱為等間距法。

2）等插補(bǔ)段法當(dāng)設(shè)定的相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的弦長相等時，對該輪廓曲線所進(jìn)行的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值計算方法稱為等插補(bǔ)段法。非圓曲線節(jié)點(diǎn)的等間距擬合

3）三點(diǎn)定圓法這是一種用圓弧擬合非圓曲線時常用的計算方法，其實(shí)質(zhì)是過已知曲線上的三點(diǎn)作一圓。（3）三維型面母線的擬合方法宏程序編程行切法加工三維型面（如球面、變斜角平面等）時，型面截面上的母線通常無法直接加工，而采用短直線來擬合。如圖。（4）擬合誤差分析非圓曲線與三維型面母線的擬合過程中，不可避免會產(chǎn)生擬合誤差，但其誤差值不能超出規(guī)定值。通常情況下，擬合誤差δ應(yīng)小于或等于編程允許誤差δ允，即δ≤δ允?？紤]到工藝系統(tǒng)及計算誤差的影響，δ允一般取零件公差的1/10～1/5。在實(shí)際加工過程中，通常采用合適的擬合方法及減小擬合線段的長度的方法減小擬合誤差。擬合誤差

2.非圓曲線的宏程序編程非圓曲線輪廓銑削實(shí)例加工如圖工件，毛坯材料為I200，試編寫其數(shù)控銑削加工程序。在X向60mm的長度上分布有一個周期的正弦曲線，其振幅為10mm。用X方向上的等間距直線段來擬合正弦曲線。X為自變量，每次增量為0.3mm，相對應(yīng)的角度為6X。Y坐標(biāo)為應(yīng)變量，Y=10sin（6X）。分析：正弦曲線編程思路由于正弦曲線的原點(diǎn)與工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)不重合，因此編程時應(yīng)注意相互之間的換算關(guān)系。＃101：曲線公式中的X坐標(biāo)，其初始值為0；＃102：曲線公式中的Y坐標(biāo)，其值為10sin（6X）；＃103：工件坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)，＃103=＃101－30.0；＃104：工件坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)，＃104=＃102+15.0；3.規(guī)則曲面中的宏程序編程技巧規(guī)則曲面加工實(shí)例例加工如圖工件，毛坯材料為45鋼，毛坯尺寸為80mm×80mm×30mm，試采用手工編程方式編寫其數(shù)控銑削加工程序。加工本例的斜角平面時，由于其切削深度較大（最大時為20mm）。因此，切削寬度應(yīng)取較小值，所以在精加工前應(yīng)進(jìn)行去除余量的加工，去余量采用Z軸方向的分層切削，每次Z向背吃刀量為5mm，加工出60mm×60mm的四方凸臺。精加工采用宏程序加工，加工時從輪廓的切線方向切入切出，加工過程下圖所示，加工出四方軌跡后刀具抬高0.1mm，通過變量運(yùn)算計算出相應(yīng)的a值，再次加工四方軌跡，如此循環(huán)，直到刀具抬高到四棱臺頂點(diǎn)處退出循環(huán)。變量運(yùn)算時，以高度“h”為自變量，每次增加0.1mm，四方寬度“a”為因變量，a=30－h(huán)tan15°，從而求出四方體各點(diǎn)的坐標(biāo)。分析:＃101：寬度“a”的變量，a=30－h(huán)×tan15°；＃102：Z坐標(biāo)變量，初值為－20.0；＃103：高度“h”變量，初值為0。斜角平面編程思路O0311； G90G94G40G21G17G54； （程序開始部分）G91G28Z0； G90G00X－50.0Y－50.0；

M03S600； G00Z20.0M08； G01Z0.0F100； （刀具下降至Z向起刀點(diǎn)）M98P21L4 （調(diào)用子程序粗加工四方體）#102=-20.0； （凸臺Z坐標(biāo)賦初值）#103=0；（加工高度賦初值）#101=30.0－#103*TAN[15.0]；（計算四方體X、Y坐標(biāo)值）G01Z#102； （刀具Z向移動至加工位置）G41G01X－#101D01； （輪廓延長線上建立刀補(bǔ)）

Y#101； （加工四方體）X#101；

Y－#101；

X－#101；

G40G01X－40.0Y－40.0； （取消刀補(bǔ)）#102=#102+0.1； （Z坐標(biāo)每次增量為0.1mm）#103=#103+0.1； （Z向高度值每次增量為0.1mm）IF[＃102LE0.0]GOTO100； （條件判斷）G91G28Z0； （程序結(jié)束部分）M05M09；

M30；

O0021；（輪廓粗加工子程序）G91G01Z－5.0F100； （Z向增量移動－5mm）G90G41X－30.0D01； （切線方向建立刀補(bǔ)）Y30.0； （加工四方體）X30.0； Y－30.0； X－40.0； G40G01X－50.0Y－50.0； （取消刀補(bǔ)）M99； （返回主程序）1.編程思路分析#100：角度變量#101：X坐標(biāo)變量，#101=50*COS[#100]*COS[#100]*COS[#100]以角度作為自變量，其變化范圍為0°～360°，輪廓上各點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)作為因變量。#102：Y坐標(biāo)變量，#102=40*SIN[#100]*SIN[#100]*SIN[#100]加工本例工件內(nèi)凹球時：（1）先采用鉆頭鉆出工藝孔。（2）再用R8mm的球形銑刀進(jìn)行球面輪廓精加工。加工過程中的球心軌跡為圖中的圓弧MN，編程時以角度α作為自變量，其變化范圍為0°～60°。球心軌跡上的