《數(shù)控編程與加工訓練教程》課件項目9 宏程序應(yīng)用

項目9

宏程序應(yīng)用技能要求1.掌握FANUC0iMate數(shù)控系統(tǒng)宏程序的編制和使用，掌握非模態(tài)調(diào)用宏程序指令G65、模態(tài)調(diào)用宏程序指令G66、取消模態(tài)調(diào)用宏程序指令G67的應(yīng)用。2.了解數(shù)控車床加工橢圓零件的特點，并能夠正確地對橢圓零件進行數(shù)控車削工藝分析。3.通過對橢圓零件的加工，掌握數(shù)控車床宏程序的編程技巧。典型案例

典型案例：在FANUC0iMate數(shù)控車床上加工如圖9-1所示零件，毛坯是φ30×110mm的棒料，材料45鋼。圖9-1典型案例零件圖

一、宏程序的格式及調(diào)用

知識學習

用戶宏程序是FANUC數(shù)控系統(tǒng)及類似產(chǎn)品中的特殊編程功能。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。宏程序指令適合拋物線、橢圓、雙曲線等沒有插補指令的曲線編程；適合圖形一樣，只是尺寸不同的系列零件的編程；適合工藝路徑一樣，只是位置參數(shù)不同的系列零件的編程。較大地簡化編程；擴展應(yīng)用范圍。用戶宏程序分為A、B兩種。一般情況下，在一些較老的版本的FANUC系統(tǒng)（如FANUCOTD系統(tǒng)）的版面上沒有“＋”、“－”、“*”、“/”、“=”、“［］”等符號，故不能進行這些符號輸入，也不能用這些符號進行賦值及數(shù)學運算。所以，在這些系統(tǒng)中只能按A類宏程序進行編程。而在FANUC0i及其后（如FANUC18I等）的系統(tǒng)中，則可以輸入這些符號并運用這些符號進行賦值及數(shù)學運算，即按B類程序編程。

1.宏程序的格式用戶宏程序與子程序相似，程序號由英文字母O及后面的四位數(shù)字組成，以M99指令作為宏程序結(jié)束，返回主程序的標記。例如：O0060；（宏程序號）N10#4=#1*SIN[#3]；N20#5=#2*COS[#3]；N30#6=#4*2；N40#8=#5-#2；N50G01X#6Z#8F#9；N60#3=#3+0.01；N70IF[#3LE#7]GOTO10；N80M99；（宏程序結(jié)束，返回主程序）

2.宏程序的調(diào)用(1）子程序調(diào)用（M98）用指令M98調(diào)用宏程序的方法與調(diào)用子程序方法相同。(2）非模態(tài)調(diào)用（G65）

功能：當指定G65時，以地址P指定的用戶宏程序被調(diào)用，數(shù)據(jù)將傳遞到用戶宏程序體中。該指令必須寫在程序段的句首。

格式：G65PpLl<變量賦值>；其中：p——要調(diào)用的宏程序的程序號L——調(diào)用宏程序次數(shù)，省略l值時，認為調(diào)用一次宏程序。變量賦值——將有關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到宏程序的相應(yīng)的局部變量中。例如，G65P6000L2A10.0B2.0；表示調(diào)用2次程序號為O6000的宏程序，將數(shù)據(jù)10.0經(jīng)變量引數(shù)A傳遞到宏程序的#1號變量中，即#1=10；將數(shù)據(jù)2.0經(jīng)變量引數(shù)B傳遞到宏程序的#2號變量中，即#2=2。

(3）模態(tài)調(diào)用（G66G67）

功能：程序中一旦出現(xiàn)G66指令，則指定模態(tài)調(diào)用宏程序，即在沿坐標軸移動的程序段后，調(diào)用地址P指定的宏程序，該指令必須寫在程序段的句首。G67是取消模態(tài)調(diào)用宏程序。

格式：G66PpLl<變量賦值>；……（坐標軸移動程序段）G67；（取消模態(tài)）其中：p——要調(diào)用的宏程序的程序號。L——調(diào)用宏程序次數(shù)。省略l值時，認為調(diào)用一次宏程序。變量賦值——將有關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到宏程序的相應(yīng)的局部變量中。在G66與G67之間要有坐標軸移動的程序段，否則不能調(diào)用宏程序：G66P6000L2A10.0B2.0；G00G90Z-10.0；X-5.0；G67；

二、變量及變量的運算

1．

變量的表示和引用

(1）

變量表示。一個變量由符號#和變量序號組成，如#I(I=1,2,3,…)。還可以用符號#和表達式進行表示，但其表達式必須全部寫入“［］”，如#[表達式]

。程序中的“（）”只用于注釋語句。例如，#5，#109，#501，#[#1＋#2－12]

(2）

變量的引用。跟隨地址符后的數(shù)值用變量來代替的過程稱為引用變量。地址字后面指定變量號或表達式：表達式必須全部寫入“［］”

中。改變變量值的符號時，要把負號（—）放在#的前面。

格式：＜地址字＞#I

＜地址字＞－#I

＜地址字＞[表達式]

例如，F(xiàn)#103，設(shè)#103=15，則為F15

；Z－#110，設(shè)#110=250，則為Z－250

；X[#24＋#18*COS[#1]]

，則為用含有變量的表達式代替數(shù)值；

2.變量的運算（1）

運算指令。B類宏程序的運算指令與A類宏程序的運算指令有很大的區(qū)別，它的運算與數(shù)學運算相似，仍用數(shù)學符號來表示。1）

定義

、轉(zhuǎn)換：#I=#j

2）

算術(shù)運算

加法：#I=#j+#k

減法：#I=#j－#k

乘法：#I=#j*#k

除法：#I=#j/#k

3）

邏輯運算

或：#I=#jOR#k

異或：#I=#jXOR#k

與：#I=#jAND#k

4）

函數(shù)說明：①函數(shù)SIN、COS、ASIN、ACOS、TAN和ATAN中的角度單位為度，分和秒要換算成度。②

當算術(shù)運算或邏輯運算中包含ROUND函數(shù)時，則ROUND函數(shù)在第一個小數(shù)位置四舍五入。函數(shù)名稱函數(shù)代號舉例正弦#I=SIN[#j]#100=SIN[#1]余弦

#I=COS[#j]#100=COS[36.3+#2]正切

#I=TAN[#j]#100=TAN[#1]反正弦#I=ASIN[#j]

反余弦

#I=ACOS[#j]

反正切

#I=ATAN[#j]/[#k]

#100=ATAN[#1]/[#2]四舍五入取整#I=ROUND[#j]

下取整#I=FIX[#j]

上取整#I=FUP[#j]

平方根

#I=SQRT[#j]#100=SQRT[#1*#1-100]絕對值#I=ABS[#j]

自然對數(shù)#I=LN[#j]

指數(shù)函數(shù)#I=EXP[#j]#100=EXP[#1]表9-1FANUC常用函數(shù)功能4）

函數(shù)

說明：

①函數(shù)SIN、COS、ASIN、ACOS、TAN和ATAN中的角度單位為度，分和秒要換算成度。②

當算術(shù)運算或邏輯運算中包含ROUND函數(shù)時，則ROUND函數(shù)在第一個小數(shù)位置四舍五入。③當程序語句的地址中使用ROUND舍入函數(shù)，按各地址的最小設(shè)定單位進行四舍五入。

④CNC處理數(shù)值運算時，若操作后產(chǎn)生的整數(shù)絕對值大于原數(shù)的絕對值，為上取整；若小于原數(shù)的絕對值為下取整

。⑤優(yōu)先等級。在宏程序數(shù)學計算的運算中，運算的先后次序是：函數(shù)運算（SIN、COS、TAN、ASIN等），乘和除運算（*、/、AND等），加和減運算（＋、－、OR、XOR等）。⑥

括號嵌套。括號用于改變運算次序，函數(shù)中的括號允許嵌套使用，但最多只允許嵌套五層。其中括號指中括號，而圓括號只用于注釋語句

，不能改變運算次序。

三、變量的賦值

變量的賦值就是把一個常數(shù)或不含變量的表達式的值傳給一個宏變量的過程。變量的賦值分為直接賦值和引數(shù)賦值兩種。格式：宏變量=常數(shù)或表達式1.直接賦值變量可以在操作面板上用MDI方式直接賦值，也可以在程序中用等式方式賦值，但等號左邊不能用表達式。例如：#100=100.0；#100=30.0+20.0；2.引數(shù)賦值宏程序以子程序方式出現(xiàn)，所用的變量可在宏程序調(diào)用時賦值。例如，G65P1000X100.0Y30.0Z20.0F0.1；該處的P為宏程序的名，X、Y、Z不代表坐標字，F(xiàn)也不代表進給字，而是對應(yīng)于宏程序中的變量號，變量的具體數(shù)值由引數(shù)后的數(shù)值決定。引數(shù)與宏程序體中的變量的對應(yīng)關(guān)系有兩種，見表9-2及9-3所列。引數(shù)變量引數(shù)變量引數(shù)變量A#1K3#12J7#23B#2I4#13K7#24C#3J4#14I8#25I1#4K4#15J8#26J1#5I5#16K8#27K1#6J5#17I9#28I2#7K5#18J9#29J2#8I6#19K9#30K2#9J6#20I10#31I3#10K6#21J10#32J3#11I7#22K10#33表9-2變量賦值方法Ⅰ引數(shù)變量引數(shù)變量引數(shù)變量A#1I#4T#20B#2J#5U#21C#3K#6V#22D#7M#13W#23E#8Q#17X#24F#9R#18Y#25H#11S#19Z#26表9-3變量賦值方法Ⅱ

四、轉(zhuǎn)向語句

1．無條件轉(zhuǎn)移

（GOTO語句）當程序中出現(xiàn)GOTO語句時，程序?qū)o條件地轉(zhuǎn)移到指定的順序號n的程序段。其中順序號n可用表達式（變量）指定。

格式：GOTOn例如，GOTO1000；

當程序執(zhí)行到該程序段時，將無條件地轉(zhuǎn)移到N1000程序段執(zhí)行。例如，GOTO#10；當程序執(zhí)行到該程序段時，將無條件地轉(zhuǎn)移到N#10程序段執(zhí)行。2．條件轉(zhuǎn)移

（IF語句）（1）IF［條件表達式］GOTOn

功能：在程序執(zhí)行過程中，如果指定的條件表達式滿足時，程序?qū)⑥D(zhuǎn)移到指定的順序號n的程序段繼續(xù)執(zhí)行。如果指定的條件表達式不滿足時，程序?qū)?zhí)行下一個程序段。

格式：IF［條件表達式］GOTOn

條件意義示例#j

EQ

#k等于（=）IF[#5EQ#6]GOTO100#j

NE

#k不等于（≠）IF[#5NE#6]GOTO100#j

GT

#k大于（＞）IF[#5GT#6]GOTO100#j

LT

#k小于（＜）IF[#5LT#6]GOTO100#j

GE

#k大于等于（≥）IF[#5GE#6]GOTO100#j

LE

#k小于等于（≤）IF[#5LE#6]GOTO100表9-4條件表達式的種類

（2）IF[條件表達式]THEN功能：在程序執(zhí)行過程中，如果指定的條件表達式滿足時，執(zhí)行一個預(yù)先決定的宏程序語句。

格式：IF[條件表達式]THEN例：IF[#1EQ#2]THEN#3=0；如果#1和#2的值相等，就將0賦值給#3。3．循環(huán)

（WHILE語句）功能：在程序執(zhí)行過程中，如果指定的條件表達式滿足時，程序?qū)⒀h(huán)執(zhí)行從WHILE到END之間的程序段m次。如果指定的條件表達式不滿足時，程序?qū)?zhí)行ENDm之后的程序段。

格式：WHILE［條件表達式］DOm；（m=1，2，3）

……ENDm

……

五、與宏程序編程有關(guān)的問題1.基點、節(jié)點的計算一個零件的輪廓往往是由許多不同的幾何元素組成，如直線、圓弧、二次曲線以及其他公式曲線等。構(gòu)成零件輪廓的這些不同幾何元素的連接點稱為基點。

當采用不具備非圓曲線插補功能的數(shù)控機床加工非圓曲線的零件時，在加工程序的編制過程中，常常需要用直線或圓弧去近似代替非圓曲線，稱為擬合處理。擬合線段的交點就稱為節(jié)點。2.橢圓的近似畫法由于G71指令內(nèi)不能采用宏程序進行編程。因此，粗加工過程中常用圓弧來代替非圓曲線，采用圓弧代替橢圓的近似畫法如圖9-4所示。3.橢圓編程的極角問題橢圓曲線除了采用公式“X2/a2+Y2/b2=1”（其中a和b為半軸長度）來表示外，還可以采用參數(shù)方程“X=acosα,Y=bsinα”來表示,其中α為橢圓參數(shù)方程的離心角。對于橢圓極坐標的極角β，在編程中一定要特別注意，除了橢圓上四分點處的極角β等于參數(shù)方程的離心角α外，其余各點處的極角β與離心角α的角度均不相等，如圖9-5所示。4.指令G71、G73與宏程序在FANUC0i系統(tǒng)的固定循環(huán)中，外圓粗車循環(huán)G71指令內(nèi)部不能使用宏程序進行編程，而成形車削循環(huán)G73指令內(nèi)部可以使用宏程序進行編程，但不能含有宏程序調(diào)用或子程序調(diào)用指令。采用G73指令進行宏程序編程時，刀具的空行程較多，為減少空行程，可先采用G71指令去除局部毛坯余量，然后再運用G73進行加工。5.內(nèi)橢圓加工加工內(nèi)橢圓時，對于所用刀具，應(yīng)選擇較大的副偏角，同時將后刀面磨成圓弧面，以防止副切削刃和后刀面與所加工表面發(fā)生干涉。內(nèi)橢圓編程時，由于其退刀余地較小。因此，粗加工時在配有FANUC0i系統(tǒng)的車床上不能采用G73指令進行編程，而只能采用G71指令用圓弧代替橢圓曲線進行編程。6.刀具補償宏程序中也可以采用刀尖圓弧補償進行編程。采用刀尖圓弧補償時，要特別注意引入補償?shù)臅r機。典型案例實施2．刀具與切削用量選擇

1．零件工藝分析

3．參考程序。1．零件工藝分析（1）選用毛坯是30mm×100mm的棒料，材料為45鋼。（2）該工件在加工時需采用調(diào)頭方式加工，首先加工工件左端部分，再調(diào)頭加工工件右端部分，并保證總長尺寸。（3）首先以毛坯軸線和右端面為定位基準，用普通車床加工毛坯左端φ10×10和φ20×15圓柱面。再調(diào)頭用軟爪加持φ10圓柱面，并以φ20圓柱端面為定位面，在數(shù)控車床上加工橢圓曲線。兩次都使用三爪卡盤自定心夾緊的方式裝夾。（4）編程原點確定：加工工件右端時，以完成加工后的工件右端面回轉(zhuǎn)中心作為編程原點。工藝方案：（1）采用圓弧代替橢圓粗車工件右端外輪廓（2）采用圓弧代替橢圓精車工件右端外輪廓（3）采用宏程序精加工橢圓曲面。

尺寸計算：橢圓的方程：X2/12.52+(Z+25)2/252=1

橢圓的參數(shù)方程表達式為：X=12.5sinα，Z=25cosα-25

橢圓上各點坐標分別是（12.5sinα,25cosα-25），坐標值隨離心角α的變化而變化，而離心角α又隨極角β的變化而變化。角度α是自變量，每次角度增量為0.1°，而坐標值X和Z是應(yīng)變量。

該橢圓離心角α的終止角度，不等于圖樣上已知的橢圓極角角度146.3°，經(jīng)換算該橢圓離心角α的終止角度應(yīng)為126.86°。#1：橢圓X向半軸A的長度；#2：橢圓Z向半軸B的長度；#3:橢圓離心角起始角度；#4：標準參數(shù)方程表達式中橢圓各點X坐標，asinα；#5：標準參數(shù)方程表達式中橢圓各點Z坐標，bcosα；#6：橢圓上各點在工件坐標系中的X坐標；#7:橢圓離心角的終止角度；#8：橢圓上各點在工件坐標系中的Z坐標；#9:進給速度；2.刀具與切削用量選擇表9-5刀具選擇表產(chǎn)品名稱或代號課內(nèi)實訓樣件零件名稱手柄零件零件圖號9-1序號刀具號刀具名稱數(shù)量加工表面刀具半徑R／mm刀具補償號備注1T01外圓車刀（刀尖55°）1車削橢圓曲面及外輪廓0.401

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共1頁第1頁表9-6切削用量表單位名稱××××××產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號課內(nèi)實訓樣件手柄零件9-1工序號程序編號夾具名稱使用設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)場地009O0901O0902三爪卡盤數(shù)控車床CKA6140FANUC

0iMate數(shù)控實訓中心機房、車間工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格/mm主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）進給量f

(mm/r)背吃刀量mm備注01車削橢圓曲面及外輪廓T0101

12000.1

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共1頁第1頁3．程序編制表9-7典型案例工件右端加工主程序程序說明O0901；主程序名G99G21G40；

T0101；精加工外圓車刀M03S1200；主軸轉(zhuǎn)速為l200r/minG00X100.0Z100.0M08；

G00X0.0Z5.0；刀具定位G65P0902A12.5B25.0C0.0D126.86F0.1；調(diào)用宏程序O0902，并進行變量賦值