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1、单元9 宏程序编程加工应用,任务9.1 宏程序编程任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,单元9 宏程序编程加工应用,用宏程序的方法编程时，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，还可利用宏程序提供循环语句、分支语句和子程序调用语句简化程序的编制，提高工作效率。在手工编程中运用宏程序，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，编写出的程序语言简洁，逻辑严密，通用性强，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。,返回,任务9.1 宏程序编程,【学习目标】通过本任务的学习，达到以下学习目标:了解用户宏程序的基本知识;了解
2、宏程序各种变量的含义分类及用法;能根据曲线方程编制简单的宏程序【基本知识】9.1.1宏程序概述用户宏程序(Custom Macro)是以变量的组合，通过各种算术和逻辑运算，转移和循环等命令，而编制的一种可以灵活运用的程序。,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,只要改变程序中变量的值，即可以完成不同的加工和操作。用户宏程序可以简化程序的编制，提高工作效率。宏程序可以像子程序一样用一个简单的指令调用。例如，如图9-1-1所示，设计的刀具路线是:刀具从切削起点A，沿圆弧路线进给到B，然后又回到A点。已知条件是:圆弧圆心O的坐标，圆弧的半径值。设已知圆弧圆心O的坐标是(X90, Z-50)，圆弧的半
3、径R=25，则刀具路线图中有关A, B点坐标分别为:XA=90,ZA=-25,XB=90, ZB=-75 ,R=25，其程序为表9-1-1中的“01,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,若图9-1-1中圆心、R值可变化，可以编写一个用代数表示的程序，圆心X坐标用了指代，圆心Z坐标用j指代，半径用m指代，进给速度用n指代，用代数编写的程序如表9-1-1中的程序“011若将011程序其中的代数用用户宏中的变量#i”来代替，字母与“#a的对应关系如下:圆心XO#1;圆心ZO#2;圆弧半径R#3;进给速率F#4用户宏主体即可写成表9-1-1中的程序“0111使用时就可以用宏命令G65赋予于变
4、量具体数值，并调用程序。例如:G65 P111 A90 B-50 C25 I100 ;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,本指令与程序01刀具路线相同。此时，圆弧圆心。的坐标是(X90，Z-50)，圆弧的半径R=25，进给速度F=100又如:G65 P111 A80 B-40 C30 I100；本指令圆心O的坐标是(X80, Z-40)，圆弧的半径R=30时，刀具路线与上例类似。使用用户宏的主要方便之处在于:由于可以用变量代替具体数值，因而在描述同一类的刀具路线时，只需将实际的值赋予变量即可，而不需要对类似的各个路线都编一个程序。用户宏程序的特点有:可以在程序主体中使用变量。,上一
5、页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,变量之间可以进行演算。可以用宏命令对变量进行赋值。9.1.2变量及变量的引用我们知道，在普通程序中的指令是地址后跟数值组成的，如X100等。在宏程序中，地址后除了直接可以跟数值外，还可使用各种变量，变量的值可以通过程序改变，或通过MDI操作面板输入。在执行宏程序时，变量随着设定值的变化而变化。变量的使用是宏程序的最主要特征，它可以使宏程序具有柔性和通用性。宏程序中使用多种类型的变量，可以通过号码的不同进行识别。,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,1.变量的表示变量是用符号#后面加上变量号码表示的，即#i(i=-0,1,2,3,)，例如:#8
6、，#110，#20，变量号也可以用一个表达式来指定，这时表达式必须用括弧括起来。例如:#1+#12-12。2.变量的引用跟在地址后面的数字可以被变量替换。假设程序中出现有#1或-#1时，就意味着把变量值或它的负值作为地址的指令值。例如:F#10当#10 =20时，F20被指令。,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,X-#20当#20=100时，X-100被指令。G#130当#130=2时，G02被指令。当一个变量值未被定义时，这个变量被当做空变量。变量#0始终被当做空变量，它不被赋任何值。3.变量的类型变量的类型和其功能如表9-1-2所示。9.1.3宏程序调用1.宏程序调用指令(G6
7、5)在主程序中可以用G65调用宏程序。,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,格式:G65 P L ;其中，P为指定宏程序号;L为重复调用次数(19999);自变量赋值是由地址和数值构成的，用以对宏程序中的局部变量赋值。例如:2.自变量赋值自变量赋值有两种类型。自变量使用除去G,L, N,O,P以外的其他字母作为地址，自变量可以使用A,B,C每个字母一次，I,J,K每个字母可使用10次作为地址。表9-1-3所示为自变量I赋值的地址和变量号码之间的对应关系。9.1.4变量的控制和运算1.算术运算和逻辑运算在变量之间、变量和常量之间可以进行各种运算，常用的见表9-1-4,上一页,下一页,返
8、回,任务9.1 宏程序编程,运算的优先顺序如下:函数。乘除，逻辑与。加减，逻辑或，逻辑异或。可以用来改变运算顺序。2.控制指令(1)无条件转移(GOTO语句)格式:GOTO n;其中n为顺序号(19999)，可用变量表示。例如:,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,GOTO 1;GOTO #10;(2)条件转移(IF语句)格式:IF条件式 GOTO n;条件式成立时，从顺序号为n的程序段开始执行;条件式不成立时，执行下一个程序段。条件式如:#j EQ #K;或#j NE #K；或#j GT #K;条件式中变量#j或#K可以是常量也可以是表达式，条件式必须用括弧括起来。EQ、NE、GT
9、等的含义见表9-1-5,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,下面的程序可以得到110的和。O9100;#1=0;#2=1;N1 IF#2 GT 10 GOTO 2;#1=#1+#2;#2=#2+1;GOTO 1;N2 M30;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,(3)循环语句(WHILE语句)语句格式:WHILE条件式 DO m ( m = 1,2, 3)END m当条件语句成立时，程序执行从DO m到END m之间的程序段;如果条件不成立，则执行END m之后的程序段。DO和END后的数字是用于表明循环执行范围的识别号。可以使用数字1, 2和3，如果是其他数字，系统会产
10、生报警。DO END循环能够按需执行多次，如图9-1-2所示。,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,上面的O9100程序也可以用WHILE语句编制如下:O9200;#1=0;#2=1;WHILE#2 LE 10 DO 1;#1=#1+#2;#2=#2+1;END 1;M30;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,【实践任务】9.1.5编写椭圆轮廓宏程序1.加工任务加工如图9-1-3所示零件的外轮廓，零件由圆柱面、椭圆面构成。零件材料为45钢棒。椭圆长半轴为20mm，短半轴为14mm，中心在工件轴线上。椭圆轨迹曲线复杂，是非圆弧曲线，不能用G02, G03按圆弧来车削，须采用
11、宏指令编程。2.拟合椭圆轮廓宏程序的编写方法(1)椭圆的标准方程,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,其中，a表示Z向半轴长度;b表示X向半轴的长度。如图9-1-4所示，Z向半轴长度为20; X向半轴的长度为14的椭圆方程是则有(2)椭圆上的变量表示如果P为椭圆上一动点，设#3表示P点的Z值，即把#3设为Z向变量，ZP=#3。则，P点的X值(半径)为:,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,若椭圆轮廓取上半部，XP=14/20*SQRT20*20-#3*#3若椭圆轮廓取下半部， XP=-14/20*SQRT20*20-#3*#3(3)椭圆轮廓的节点拟合CNC系统均具有直线和圆
12、弧插补功能，但大多CNC系统不具有抛物线、双曲线、椭圆等二次曲线的插补功能。当加工由双曲线、椭圆等曲线组成的平面轮廓时，就得用许多直线或圆弧段逼近其轮廓，这种人为的用若干直线段和圆弧段构成近似理想曲线的方法称为曲线拟合，其相邻两拟合线段的交点称为节点。如图9-1-4所示，椭圆二次曲线由若干节点通过直线连接拟合而成，节点由平行于X轴的等距直线与椭圆轮廓相交得到，相邻两节点的Z向间距可称为节距。,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,可以推测，节距越小，拟合的曲线就接近于理想的椭圆轮廓，拟合精度高，但拟合的效率却低了。在图9-1-4所示的坐标系中，设节距为0.5mm ,用直线拟合从A到B的
13、椭圆轮廓，用宏程序描述刀具路线可表达如下:(4)椭圆圆心的偏移以上AB椭圆轮廓的拟合宏程序是以椭圆圆心为坐标原点编程。若椭圆圆心不是工件坐标原点，如图9-1-5中，AB椭圆轮廓的圆心在工件坐标系的坐标为(XO=0 ; ZO=-20 ) ,圆心坐标向Z负向偏移20。那么把以椭圆圆心为基准点的轮廓拟合宏程序进行偏移，就可得到AB轮廓在工件坐标系中的拟合宏程序。AB轮廓在工件坐标系中拟合宏程序如下:,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,注意N35和N55程序段的变化。3.轮廓粗、精加工设计(1)加工过程设计用G90粗车X28外圆，留精车余量0.5mm外圆车刀Z向走刀、X向分层粗车椭圆切削区
14、域(椭圆前半部分)，可用G90单一循环、宏程序的方法编程。走刀路线如图9-1-6所示。改用切槽刀X向走刀、向Z向分层粗切椭圆切削区域I(椭圆后半部分)。用G75循环、宏程序的方法编程。走刀路线如图9-1-6所示。,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,粗车后，测量工件，修改刀补，换刀尖为35可转位车刀(刀尖圆弧0.4)，半径补偿加工整个椭圆轮廓。(2)刀具选用T0101刀尖角80机夹外圆车刀，安装后主偏角为93，粗车外圆。T0202切槽刀(设定刀头宽度3mm)。切14槽和粗切椭圆左端。T0303刀尖角35机夹外圆车刀，精加工整个椭圆轮廓。4.编写含椭圆轮廓粗、精加工宏程序(1) T01
15、对区域粗加工O1;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,T0101;M03 S600;G00 X35 Z2;G90 X28.5 Z-70 F0.2;#2=28 ;(变量#2，表示原始椭圆轮廓点的直径值，初始值为直径28mm)#3=0;(变量#3，表示原始椭圆轮廓点的Z值，初始位置值为-17.321 mm)WHILE #2 GE 0 DO 1 ;(循环条件判断式)G00 X #2 ;(刀具调整到X向切削起点),上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,G01 Z #3 -20 F0.2 ;(刀具Z向切削到位，#3-20为节点在工件坐标系的Z坐标)G00 U1 ;(刀具X正向让刀1m
16、m)G00 Z2 ;(刀具退到Z向切削起点)#2=#2-2;(计算刀具新的X向切削起点)#3=20/28*SQRT 28*28-#2*#2;(计算刀具新的Z向切削终点坐标)END 1;G00 X100 Z100 M05;M30;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,(2) T02对区域I粗加工O2;T0202 ;(切槽刀，刃宽3mm,设右刀尖为刀位点)M3 S300;G00 X32 Z-42:G75 R1;G75 X14 Z-37.32 P1000 Q2000 F0.1;#2=14;(变量#2，表示原始椭圆轮廓点的直径值，初始值为直径14 mm)#3=-17. 321;(变量#3，表
17、示原始椭圆轮廓点的Z值，初始值为-17.321mm ),上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,WHILE#3 LE 0DO 1;G00 Z #3-20;(刀具调整到切削起点，#3-20为节点在工件坐标系的Z坐标)G01 X #2 ;(刀具X向切削到位，#2为节点在工件坐标系的X坐标)G00 W-1;(刀具Z负向让刀1mm)G00 X32 ;(刀具提到X向初始位)#3=#3+2;(计算刀具新的Z向初始位)#2=28/20 SQRT 20*20-#2;(计算刀具新的X向切削终点坐标)END 1;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,(3)半径补偿加工整个椭圆轮廓O3;T0303;
18、M03 S1000;G00 X0 Z3;G01 X0 Z0 G42 F0.1;#2=0;#3=20;WHILE#2 GE-17.321 DO 2;G1 X#2 Z #3-20 F0.1;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,#3=#3-0.5;#2=28/20*SQRT20*20-#3*#3;END 2;G01 X14 Z-37.32;G01 Z-45;X28;Z-70;G40 G00 X100;Z100 M05;M30;,上一页,下一页,返回,任务9.1 宏程序编程,【检测与评价】【任务小结】通过本次实践任务，我们学习了以下内容:宏程序的最主要特征是使用各种变量。在执行宏程序时，变
19、量随着设定值的变化而变化。变量的使用使宏程序具有柔性和通用性。在变量之间、变量和常量之间可以进行各种运算，还可对变量进行赋值。宏程序可以像子程序一样用一个简单的指令调用，如在主程序中，可以用G65调用宏程序。,上一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,【学习目标】通过本任务的学习，达到以下学习目标:学习椭圆轮廓节点拟合宏程序编写;学习抛物线轮廓节点拟合宏程序编写。9.2.1曲线轮廓加工宏程序编写实例1(含椭圆轮廓)1.编程任务如图9-2-1所示工件，其右端外轮廓由圆柱面、锥面、椭圆面构成。毛坯为45钢棒。椭圆长半轴为20mm，短轴为26mm，椭圆中心距离轴线32mm，距离右端面51mm。现
20、要完成工件右端外轮廓加工设计和编程。,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,2.轮廓粗、精加工设计右端外圆轮廓和切削区域如图9-2-2所示，拟选用G73固定循环的与轮廓平行的等距路线进行粗加工，留X向精加工余量0.5，再选用G70循环精加工。一切削起点S、P点、Q点、精加工路线各点坐标见表9-2-1，取工件右端中心为工件零点。右端外圆轮廓加工的其他工艺设计见表9-2-23.椭圆轮廓拟合宏程序(1)椭圆方程及变量工件外轮廓含椭圆轮廓段 段，椭圆半轴为20mm、短半轴为13mm，椭圆中心距离轴线32mm，距离右端面51mm，编写椭圆方程如下:,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合
21、宏程序,(X值为半径) (X值为半径)如果P为椭圆上一动点，设#2表示P点的X值(直径)，#3表示P点的Z值，设#3为Z向变量，则有如图9-2-3所示，椭圆轮廓段AB为椭圆下半部，所以取:#2=-26/20*SQRT20*20-#3*#3,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,(2)椭圆AB轮廓段端点坐标计算对A点，由标注可知，A点Z值:ZA=5，则X=-26/20*SQRT 20*20-5*5对B点，由标注可知，B点X值:XB= 64-44=20，则ZB=-20/13*SQRT13*13-10*10(3)椭圆圆心的偏移椭圆中心距离轴线64，距离右端面51,所以，当以椭圆心为基
22、准零点时，AB轮廓段上一点(X=#2; Z=#3)，在如图9-2-3所示的工件坐标系的坐标应是:X=#2+64，Z=#3-51,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,4.含椭圆轮廓粗、精加工程序编写O9201;G99;T0101 M03 S600;G00 X52 Z2;G73 U10 W0 R15;G73 P10 Q50 U0.5 W0.1 F0.3;N10 G0 X26;G1 Z0;,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,X28 Z-1;X30 Z-15;Z-22;X32;X34.8 Z-23.5;Z-45;X36.826;X38.826 Z-46;N25 #
23、3=5;N30 #2=-26/20*SQRT20*20-#3*#3;,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,N35 #3=#3-0.2;N40 G1 X#2+64 Z#3-51;N45 IF#3 GE-12.87 GOTO 30;G1 X48 Z-70;N50 G01 X52;G00 X100 Z100;M05;M00;G99;,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,T0202 M03 51000;G42 G00 X52 Z2;G70 P10 Q50 F0.1;G40 G00 X100 Z100;M05;M30;5.基于参数方程拟合椭圆轮廓宏程序(1)椭圆方程可
24、用参数方程上述椭圆方程可用参数方程的形式表示如下: x=asin,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,z=bcos其中，a是X向半轴长;b是Z向半轴长; 是离心角变量。图9-2-4所示椭圆方程可写成:x=13sinz=20cos(2)椭圆轮廓的变量及节点拟合如图9-2-5所示，椭圆 段由若干节点通过直线连接拟合而成。椭圆线段上的每一点对应一个离心角，我们可以让节点由离心角的变化得到，如离心角减小1得到新的节点。,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,如果P为椭圆上一节点，#1表示节点离心角;#2表示P点的X值;#3表示P点的Z值，当#1=#1-1，则得到新的节
25、点;新的节点的坐标为:#2=26* sin#1#3=20*cos#1(3)A点的离心角计算z = bcos=-arccos(z/b)A点的离心角=-arccos(5/20)=-75.522,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,(4)拟合椭圆轮廓的宏程序程序O9201中拟合椭圆轮廓的宏程序又可写成如下方式:N25 #1=-75.522;N30 #2=26*sin#1;N35 #3=20*cos#1;N40 G1 X#2+64 Z#3-51 F0.1;N42 #1=#1-1;N45 IF#3 GE-12.87 GOTO 30;,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序
26、,9.2.2曲线轮廓加工宏程序编写实例2(含抛物线轮廓)1.编程任务如图9-2-6所示工件，其右端外轮廓，由圆柱面、锥面、圆弧面、抛物线轮廓面构成。毛坯为45钢棒。现要完成工件右端外轮廓加工设计和编程。2.轮廓精加工设计右端外圆轮廓和切削区域如图9-2-7所示，拟用G71固定循环的矩形路线进行粗加工，留X向精加工余量0.5，再选用G70循环。精加工路线切削起点S、P点、Q点、各基点见图9-2-7所示，取工件右端中心为工件零点，相关各点坐标及右端外圆轮廓加工的其他工艺设计参考表9-2-3所示。,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,3.抛物线轮廓拟合宏程序(1)抛物线方程及变量如
27、图9-2-8所示，工件外轮廓含抛物线轮廓段 段,抛物线方程为:若取X值是直径值，则轮廓段 为抛物线上半部，X为正值，那么，抛物线轮廓 段方程如果P为抛物线上一动点，设 #2表示P点的X值，#3表示P点的Z值，设#3为Z向变量，则有:#2=2*SQRT-12*#3,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,如图9-2-8所示为抛物线轮廓AB段拟合示意图，变量#3表示Z向变化，当#3的值等距变化，形成新节点，得到相应的#2。直线连接各节点得到拟合的抛物线轮廓。抛物线轮廓拟合程序参考程序O9202的N25N45程序段。(2)抛物线基准点的偏移图中抛物线基准点与工件坐标的原点重合，因此抛物
28、线轮廓拟合宏程序不必进行坐标偏移。,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,4.轮廓精加工路线程序编写O9202;G00 X64 Z2;G0 X0;G1 Z0;N25 #3=0;N30 #2=2*SQRT-12*#3;N35 #3=#3-0.2;N40 G1 X#2 Z#3;,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,N45 IF#3 GE-12 GOTO 30;X24;Z-30;X26;X30 Z-32;Z-58;X32;Z-45;X34.2 Z-69;G02 X54.1 Z-7R R10;,上一页,下一页,返回,任务9.2 曲线轮廓拟合宏程序,G1 X64;【任务
29、检测】【任务小结】本任务主要学习了椭圆轮廓的变量及节点拟合、抛物线轮廓的变量及节点拟合的方法。曲线拟合宏程序编写应注意以下几点:注意曲线方程及变量的正确表达;注意曲线轮廓段端点坐标计算及正负取值;注意曲线的基准点在工件坐标系中的偏移;注意宏程序循环判断语句的正确使用。,上一页,返回,单元9 总结,本单元主要讲述了宏程序的基本概念，变量及变量的引用，变量的控制及运算指令，宏程序的编制方法以及宏程序的调用，要求学生了解宏程序的适用场合，变量的定义、控制及运算指令，能够根据零件图形编制正确的宏加工程序。宏程序具有灵活性、通用性和智能性等特点。编程人员根据零件几何信息和不同的数学模型，使用宏程序完成相
30、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宏程序模块的调用语句中，就能使编程人员从烦琐的、大量重复性的编程工作中解脱出来，有一劳永逸的效果。,返回,图9-1-1 宏程序编程例图,返回,表9-1-1 变量编程示例,返回,表9-1-2 FANUC 0i变量的类型及其功能,返回,例如,返回,表9-1-3 自变量赋值的地址和变量号码之间的对应关系,返回,表9-1-4 算术和逻辑运算,返回,表9-1-5 运算符含义,返回,图9-1-2 DO END循环执行多次,返回,图9-1-3 含椭圆轮廓的工件图,返回,图9-1-4 节点拟合椭圆轮廓示意图,返回,刀具路线,返回,图9-1-5 椭圆心在工件坐标系的偏移,返回,拟合宏程序,返回,图9-1-6 切削区域切削方式示意图,返回,检测与评价,返回,图9-2-1 含椭圆线段外轮廓工件图,返回,图9-2-2 外轮廓切削区域及精加工路线,返回,表9-2-1 相关各点坐标,返回,表9-2-2 右端外圆轮廓加工工艺,返回,图9-2-3 椭圆轮廓AB段拟合示意图,返回,图9-2-4 椭圆参数方程,返回,图9-2-5 椭圆AB段节点拟合示意图,返回,图9-2-6 含抛物线轮廓工件图,返回,图9-2-7 外轮廓切削区域及精加工路线,返回,表9-2-3 相关各点坐标,返回,图9-2-8 抛物线轮廓AB段拟合示意图,返回,任务检测,返回,
