论文：
数控机床宏程序编程的技巧和实例
西北工业集团有限公司
白锋刚
2018年8月11日
前言
随着工业技术的飞速发展，产品形状越来越复杂，精度要求越来越高，产品更新换代越来越快，传统的设备已不能适应新要求。现在我国的制造业中已广泛地应用了数控车床、数控铣床、加工中心机床、数控磨床等数控机床。这些先进设备的加工过程都需要由程序来控制，需要由拥有高技能的人来操作。要发挥数控机床的高精度、高效率和高柔性，就要求操作人员具有优秀的编程能力。
常用的编程方法有手工编程和计算机编程。计算机编程的应用已非常广泛。与手工编程比较，在复杂曲面和型腔零件编程时效率高、
质量好。因此，许多人认为手工编程已不再重要，特别是比较难的宏程序编程也不再需要。只须了解一些基本的编程规则就可以了。这样的想法并不能全面。因为，计算机编程也有许多不足：1、程序数据量大，传输费时。2、修改或调整刀具补偿需要重新后置输出。
3、打刀或其他原因造成的断点时，很难及时复位。
手工编程是基础能力，是数控机床操作编程人员必须掌握的一种编程方法。手工编程能力是计算机编程的基础，是刀具轨迹设计
，轨迹修改，以及进行后置处理设计的依据。实践证明，手工编程能力强的人在计算机编程中才能速度快，程序质量高。
在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理使程序具有特殊功能，这种有变量的程序叫宏程序。宏程序是数控系统厂家面向客户提供的的二次开发工具，是数控机床编程的最高级手工方式。合理有效的利用这个工具将极大地提升机床的加工能力。
作为一名从事数控车床、数控铣床、加工中心机床操作编程二十多年的技师，在平时的工作中，常常用宏程序来解决生产中的难题，因此对宏程序的编程使用积累了一些经验。在传授指导徒弟和与同事探讨中，总结了许多学习编制宏程序应注意的要点。有关宏编程的基础知识在许多书籍中讲过，我们在这里主要通过实例从编制技巧、要点上和大家讨论。
一、非圆曲面类的宏程序的编程技巧
1、非圆曲面可以分为两类；
<1）、方程曲面，是可以用方程描述其零件轮廓的曲面的。如
抛物线、椭圆、双曲线、渐开线、摆线等。这种曲线可以用先求节点，再用线段或圆弧逼近的方式。以足够的轮廓精度加工出零件。选取的节点数目越多，轮廓的精度越高。然而节点的增多，用普通手工编程则计算量就会增加的非常大，数控程序也非常大，程序复杂也容易出错。不易调试。即使用计算机辅助编程，其数据传输量也非常大。而且调整尺寸补偿也很不方便。这时就显出宏程序的优势了，常常只须二、三十句就可以编好程序。而且理论上还可以根
据机床系统的运算速度无限地缩小节点的间距，提高逼近精度。
<2）、列表曲面，其轮廓外形由实验方法得来。如飞机机翼、汽车的外形由风洞实验得来。是用一系列空间离散点表示曲线或曲面。这些离散点没有严格一定的连接规律。而在加工中则要求曲线能平滑的通过各坐标点，并规定了加工精度。加工列表曲线的方法很多，可以采用计算机辅助编程，利用离散点形成曲面模型，再生成加工轨迹和加项目序。对于一些老机床或无法传送数据的机床，我们也可以将轮廓曲线按曲率变化分成几段，每段分别求出插值方程。采用宏程序加密逼近曲线的方法。
2、非圆曲面类的宏程序的编程的要点有：建立数学模型和循环体
<1）、数学模型是产生刀具轨迹节点的一组运算赋值语句。它可以计算出曲面上每一点的坐标。它主要从描述其零件轮廓的曲面的方程转化而来。
<2）、循环体是由一组或几组循环指令和对应的加法器组成。它的作用是将一组节点顺序连接成刀具轨迹，再依次加工成曲面。
3、下面根据两个实例，按宏程序的编制过程将各步骤的要点和技巧进行详细说明。
图1—1、椭圆曲面零件
实例1、如图1-
1数控车加工一个椭圆面。椭圆的长轴60，短轴40.
步骤1：根据加工轨迹确定椭圆曲线的起始点A和终点B坐标
。这里的要点是分清编程坐标系和椭圆坐标系、A点在编程坐标系
中的坐标为X=113.742、Z=27.252这里为适应数控车床的编程习惯x采用直径坐标，A点以椭
圆的中心为原点的坐标为X=113.742 Z=40—27.252 B点的编程坐标是X=37.907 椭圆坐标为X=37.907
步骤2：确定在曲线方程中的主变量和从变量。这要根据实际情况来选择。有以下几点原则：①变量的起点、终点已知的。②变量在坐标中的变化方向一致。③变量的变化对曲线的精度影响较大。根据以上原则我选X坐标为主变量、Z是从变量。
步骤3：将标准方程化为从变量赋值的形式。如图1-1以其中心为原点，椭圆方程为 X²/a² +Z²/b²=1化为Z= SQRT[(1-
X*X/a*a>*b*b 这一步很关键。因为曲线只在椭圆坐标系的第一象限
Z为正值。
以上三步就是建立数学模型。在这个模型里X的一个坐标值，可以计算出它对应的Z坐标值。要注意，这两个坐标是以椭圆中心为原点的，要特别注意。也就是说，如果和这个零件一样，椭圆中心和你设定的编程坐标系原点不重合，进入数学模型和从数学模型输出的数值，都是以椭圆中心为原点的。刀具运动指令的坐标值是以编程坐标系为原点。因此，需要设计计算方法将数学模型的输出数据转化成编程坐标系的数值。许多多年从事数控机床操作的人一直不能用宏程序，就是在这里犯了糊涂。
步骤4：画流程图确定宏程序的过程图1-2
流程图是建立和检查循环体的最好工具。这一步的关键点是：
分清计算过程、运
动指令、加法器的
排列顺序；循环体
中条件转移语句和
加法器的配合，产
生正确的循环控
制，而不是死循
环。
；赋初始值<注意是椭圆坐标系）
；循环体开始，判断是否结束。
；计算、运动指令
；加法器，改变动参数
图1—2
步骤5：根据流程图编写程序程序如下O1001
应注意的要点有：<1）、当采用刀尖圆弧补偿方式编程时，循环体的轨迹第一点不能和起始点重合，否则系统会显示出错。<2）要注意循环体内计算语句、运动语句和加法器语句的顺序不能错。
该零件如图右端内部椭圆面的数控车精车程序如下：
O1001。重点说明
T0101。
G90G40G0X200.0Z200.0M03。
G41G00X135.0Z5.0M08。
G01Z-25.0F0.1。
G03X#1Z-27.252。
#1=113.742-0.1。将循环开始点错开
#2=40-27.252。 Z值从编程坐标系转变到椭圆坐标系
WHIFL[#1GT37.907] DO 1 。循环体开始，X轴坐标逐渐减小
