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1、毕 业 论 文 （ 设 计 ）FANUC 系统宏程序的设计指导老师： 班 级： 系 （部）： 专 业： 答辩时间： 摘要随着数控技术以及计算机辅助制造软件的迅速发展,在数控编程方面,手工编程越来越多的被计算机自动编程所取代,从而使大家慢慢忽略了手工编程特别是宏程序的重要性,一个宏程序可以很方便地编制三维曲面的加工程序,而且程序非常简洁,通用性好,对于相同形状、不同尺寸的零件,只要在调用宏程序时赋不同的数值即可。宏程序的优越性同时体现在孔系加工、口袋及轮廓加工、各类圆柱面、斜面、内外球面、椭球面及倒 R 面加工。本文通过对 FANUC Oi 系统研究,以宏程序的理论知识及应用为基础,从宏程序编制
2、的数学基础开始,涉及到了宏程序的编译,给出了一种典型的可以用于任意宏程序的编译方法,以及用户宏程序 B 的应用,并对其常见问题进行了归纳总结,并以典型车削及铣削实例的形式加以具体阐述,希望为宏程序的应用及推广起到一定的借鉴作用。Along with the rapidly development of CNC technology and CAM software, manual programming has been mainly replaced by CAP.So many people ignore the importance of manual programming espec
3、ially macro program. A macro program can workout 3-D curved face program easily, and the program will be concision and good at universal property. If the parts have same shap but different dimension, you can use different univerical value when transfer a macro program.The advantage of a macro progra
4、m can incarnate on machini.目录摘要绪论第 1 章 宏程序应用概述1.1 宏程序概述1.2 宏程序与普通程序的对比1.3 数控编程技术的应用现状1.4 宏程序编程的技术特点1.5 宏程序与 CAD/CAM 软件生成程序的加工性能对比第 2 章 宏程序的变量和数学基础的应用2.1 宏程序基本变量2.2 双轨迹的公共变量2.3 算术和逻辑运算2.4 宏程序的控制指令2.5 FANUC-0i 刀具补偿值的系统变量2.6 宏程序报警、停止和信息显示、时间信息变量2.7 自动运行控制可以改变自动运行的控制状态的变量第三章 非圆曲线宏程序加工工艺3.1、非圆曲线宏程序的使用步骤
5、3.2、非圆曲线宏程序的具体应用实例 3.3 用户宏程序应用举例第四章 宏程序编程实例4.1 编程实例4.2 加工实例的工艺分析4.3 数控车宏程序编程第 5 章 总结致谢参考文献附录一附录二绪论 数控加工程序编制的关键是刀具相对工作运动轨迹的计算，即计算加工轮廓的基点和节点坐标或刀具中心的基点和节点坐标。数控机床一般只提供平面直线和圆弧插补功能，对于非圆的平面曲线 Y=f（X） ，采用的加工方法是按编程允许误差，将平面轮廓曲线分割成许多小段，然后用数学计算的方法求逼近直线或圆弧轮廓曲线的交点和切点坐标。随着计算机数控系统（CNC）的不断发展。CNC 不仅能通过数字量去控制多个轴的机械运动，而
6、且具有强大的数据计算和处理能力，编程时只要建立加工轮廓的基点和节点的数学模型，按加工的先后顺序。由数控系统即时计算出加工节点的坐标数据。进而控制加工，这就是数控系统提供的宏编程。宏指令编程像高级语言一样，可以使用变量惊醒算术运算逻辑运算的函数混合运算进行编程。在宏程序形式中，一般都市提供循环判断分支和子程序调用的方法。可编制各种复杂的零件加工程序，熟悉应用宏程序指令进行编程，可大大精简程序量，还可以增强机床的加工适应能力。比如可以控制抛物线、椭圆的那个非圆曲线的算法标准化后做成内部宏程序，以后就可以像圆弧插补一样按照标准格式编程调用，相当于增加了系统的插补功能。随着数控系统的不断更新，宏指令应
7、用越来越广泛。以日本 FANUC-0i 系统为例。0i系统使用 B 类宏指令，包括宏变量的赋值、运算、条件调用等，其功能强大，编程直观。宏指令编程虽然属于手工编程的范畴，但它不是直接算出轮廓各个节点的具体坐标数据，而是给出数学公式的算法，由 CNC 来即时计算节点坐标，因此对于简单直观的零件轮廓不具有优势。若零件结构不能用常规插补指令可以完成编程的，则可采用编制宏程序的方法，将计算复杂数据的任务交由数控系统来完成。对于加工方法和加工方式，零件的步骤，走刀路线及对刀点、起刀点的位置以及切入、切出方式的设计还是遵循一般手工编程的规则。编制宏程序时，应从零件的结构特点出发，分析零件加工表面之间的几何
8、关系，应从零件的结构特点出发，分析零件上各加工表面之间的几何关系，据此推到出各参数之间的数量关系，建立准确的数学模型。第一章宏程序应用概述1.1 宏程序概述1.1.1 数控编程技术的分类数控编程方法可以分为两类：一类手工编程，另一类是自动编程。1.1.2 手工编程手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析，工艺决策，确定加工路线和工艺参数，计算刀尖轨迹坐标数据，编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工完成。对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。如简单阶梯轴的车削加工，一般不需要复杂的坐标计算，往往可以由技术人员根据工序
9、图纸数据直接编写数控加工程序。但对轮廓形状不是由简单的直线，圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难孝对，采用手工编程是难以完成的。1.1.3 自动编程使用计算机编制数控加工程序，自动地输出零件加工程序单及自动的制作控制介质的过程称作自动编程。自动编程就是编程人员根据零件图纸和工艺要求，使用规定的数控语言编写一个较简短的零件加工源程序，输入到计算机中。计算机自动地进行数学处理，计算出刀具中心运动轨迹，编写出零件加工程序单，并生成控制介质。有预见在计算机上可自动地绘出所编程的图形及走刀轨迹，所以能及时的检查程序是否错误，并进行修改，得到正确的程序
10、。在自动编程时，工艺处理部分工作还需编程人员来完成并按自动编程系统要求的格式输入。1.2 宏程序与普通程序的对比一般意义上所讲的数控指令其实是指 ISO 代码指令编程。即每个代码的功能是固定的，由系统生产厂家开发，使用者只需（只能）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功能，便用户可以对数控系统进行一定的功能扩展，实际上是数控系统对用户的开放，也可视为用户利用数控系统提供的工具，在数控系统的平台上进行二次开发，当然这里的开放和开发都是有条件和有限制的。用户宏程序和与普通程序存在一定的区别，认识和了解这些区别，将有助于宏程序的学习理解和掌握运用，表一是用户
11、宏程序与普通程序的简要对比。 表一普通程序 宏程序 只能使用常量 可以使用变量，并给变量赋值 常量之间不可以运算 变量之间可以运算 程序只能顺序执行，不能跳转 程序运行可以跳转1.3 数控编程技术的应用现状在我国，六成以上的数控铣床（包括加工中心）都是应用在模具行业，由于模具加工的特殊性和一些非技术性原因，CAD/CAM 软件的应用由来已久，且日趋成熟，特别是在数控三维曲面加工中，手工编程几乎已没有用武之地，而由于强大对我思维定势和使用习惯，使得编程人员不论程序大小、加工难易，都习惯并乐于使用各种 CAD/CAM 软件来编程加工。手工编程似乎被遗忘在角落里，大有无人问津之势。1.4 宏程序编程
12、的技术特点尽管使用各种 CAD/CAM 软件来编制数控加工程序已经成为潮流(或主流),但手工编程毕竟还是基础,各种”疑难杂症“的解决往往还要利用手工编程；且手动编程还可以使用变量编程，即宏程序的运用。其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，具有极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，较执行 CAD/CAM 软件生成的程序更加快捷，反应更迅速。随着技术的发展，自动编程逐渐取代手工编程，但宏程序简捷的特点使之依然具有使用价值，我个人认为，宏程序的运用应该是手工编程应用中最大的亮点和最后的堡垒。宏程序具有灵活性、通用性和智能性等
13、特点，例如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，加工参数不容易修改等缺点，只要任何一个参数发生任何变化，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计算速度非常快，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。从模块化加工的角度看，宏程序最具有模块化的思想和资质条件，编程人员只需要根据零件几何信息和不同的数学模型即可完成相应的模块化加工程序设计，应用时只需要把零件信息，加工参数等输入到相应的模块的调用语句中，就能使编程
14、人员从繁琐的、打量重复性的编程工作中解脱出来，有中一劳用逸的效果。另外，由于宏程序基本上包含了所有的加工信息（如所使用刀具的几何尺寸信息等） ，而且非常简明直观，通过简单的存储和调用，就可以很方便的重现当时的加工状态，给周期性的生产特别是不定期的间隔式生产带来了极大的方便。客观的说，对于主要由于大量的不规则复杂曲面构成的模具成型零件，由于设计、分析道制造的整个生产链在技术层面及生产管理上都是通过以上各种 CAD/CAM 软件为核心（还包括 PDM/CAE 等）的纽带紧密相连的，从而形成一种高速的一体化和关联性，无论从哪个角度来看，数控加工程序编制几乎百分百的依赖各种 CAD/CAM 软件，宏程
15、序在这里的发挥空间是非常有限的。但是，数控加工领域还有很大一片天空是属于机械零件的批量加工，虽然同样是数控加工，它与上述的模具类零件的数控加工还是有着相当大的差别的，机械零件的数控加工主要有以下几个特点：（1）机械零件绝大多数都是批量生产，在保证质量的前提下要求最大限度的提高生产效率以降低生产成本。另外批量零件字加工的几何尺寸精度和形状位置精度要求保证高度的一致性，而加工工艺的优化主要就是程序的优化，是一个反复调整、尝试的过程，这就要求操作者能够非常方便的调整程序中的各项加工参数（如刀具尺寸、刀具补偿值、层降、步距、计算精度、进给速度等） ，宏程序在这方面就有强大的优越性，只要能用宏程序来表述
16、，操作者就根本无需触动程序本身，而只需要针对各项加工参数所对应得自变量赋值做出个别调整，就能迅速的将程序调整到最优化的状态，这就体现出宏程序的一个突出优点，即一次编程，终身受益。（2）机械零件的形状主要是由于各种凸台、凹槽、圆孔、斜平面、回转面等组成，很少包含不规则的复杂曲面，构成其的几何因素无外乎点、直线、圆弧，最多加上各种二次圆锥曲面（椭圆、抛物线、双曲线） ，以及一些渐开线（常应用于齿轮及凸轮等） ，所有这些都是基于三角函数，解析几何的应用，而数学上都可以用三角函数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。（3）机械零件还有一些很特殊的应用，即使采用 CAD/CAM 软件也不一定能轻易地解决，例如变螺距螺纹的加工、用螺旋插补进行锥度螺纹的加工和钻深可变式深孔钻加工等，而在这些方面宏程序却可以发挥它的优势。1.5 宏程序与 CAD/CAM 软件生成程序的加工性能对比
