不容忽視的數控實訓編程模塊——用戶宏程序

趙雁?嚴曉云?王祥

摘 要：在數控加工中，程序編制的好壞是決定加工質量、加工效率的重要因素之一。目前，隨著計算機、CAD/CAM軟件的普及，自動編程被操作者廣泛使用，而漸漸忽略了對CNC系統用戶宏程序功能的手工編程應用。本文介紹了宏程序的主要特點，并和自動編程方法對比，說明其所具有的不可取代的優勢，希望學生在工程訓練及專業技能培訓中能有所重視，提升編程能力，提高技術水平。

關鍵詞：宏程序編程 CAD/CAM軟件編程 優點 對比

進入21世紀后，我國已成為制造業大國，并逐步向“世界制造中心”的目標邁進。企業中廣泛地使用各種先進制造設備，提高產品質量，提升效率，增強競爭能力。其中，最常用的加工設備有數控車床、數控銑床、加工中心和車削中心等。

數控編程水平是決定加工質量、加工效率的重要因素之一。目前，由于各種基于PC平臺的CAD/CAM軟件出現，如MasterCAM、UG、Pro/E等，因其具有幾何造型、工藝決策、加工仿真、自動生成程序等優點，被編程人員普遍采用，成為流行趨勢。在實際工作中不論什么情況，均用軟件編程，依賴程度很高，甚至產生自動編程完全能代替手工編程的誤區。而在國家、省級數控技能大賽或數控職業技能鑒定等級考試中，明確規定是不能使用計算機軟件進行編程的，只能用手工編程，特別對宏程序的編程運用有明確的考查。在自動化、智能化程度更發達的日本也是如此，不會因為軟件的普遍使用而忽視對編程基本素質的要求。殊不知在有些場合，宏程序編程是其他方法不能替代的，可為數控加工帶來事半功倍的效果。

一、什么是宏程序

所謂宏程序（Custom Macro），就是以變量的組合，通過各種算術和邏輯運算、轉移和循環等命令，而編制的一種可以靈活運用的程序，只要改變變量的值，即可以完成不同的加工和操作。調用用戶宏程序的指令叫宏指令。宏程序即可以書寫在主程序中，也可像子程序一樣，被宏指令一次或多次調用。宏程序是基本手工編程的高級形式，因在標準CNC程序基礎上附加控制特征，使功能更強大、更具智能性。各種數控系統，如：日本FANUC、德國SIEMENS、華中HNC等。雖然宏指令的名稱、符號、定義各不相同，但本質上是共通，都離不開變量，本文以FANUC-0i系統用戶宏程序B說明。

二、宏程序編程優勢突出

1.簡化編程的重要手段

宏程序允許使用變量、算術和邏輯運算、條件轉移和循環命令。這樣編程中大量重復或有規律的刀具移動路徑程序段就可省略，大大降低了人工計算難度，程序結構清晰明了，長度縮短，書寫和輸入工作量減小，從而達到簡化編程目的。

2.存儲容量小，存儲方便

軟件自動編程生成的程序冗長，經常出現成千上萬條語句，占用的存儲空間大，FANUC-0i系統內存的標準配置為128KB或256KB，電腦經常存儲不下，只能用專用的存儲卡或DNC在線加工。而宏程序結構簡單、短小精悍，一般不會超過100條，系統內存的容量足夠使用，存儲方便。

3.檢查、修改、調試方便

完成一個合格零件的加工，通常要經過反復試切、測量、調試的過程。軟件自動編程生成的程序，是由若干直線去逼近曲面的點的組合，若要調整某項加工參數，如刀具尺寸、刀補值、步長、計算精度等，都要根據變化后的參數重新編程，原程序無法修改。而宏程序則不同，程序中包含了所有加工參數和信息，閱讀直觀，調試時可直接在原程序上修改，無需重新編程。

4.加工精度高、效率高

軟件自動生成的程序，是直線插補近似的過程，存在計算誤差和后置處理誤差。在線加工時，機床與電腦的傳輸速度成為了影響加工速度的“瓶頸”，FANUC-0i系統RS-232串口最大傳輸波特率為19200Bit/s，當計算精度較高、進給速度F值較大（如F1800～F2500）時，程序傳輸速率往往跟不上機床的節拍，甚至可以看到機床的進給運動有明顯的斷續、遲滯現象。宏程序能采用圓弧插補擬合，誤差小，系統直接插補運算，速度和機床硬件響應快，避免了傳輸不穩定現象，從而使得加工效率和加工精度更高。

5.靈活性、通用性強

生產中，經常會碰到許多零件形狀輪廓類似，而幾何尺寸不同情況，編程人員可制作這類輪廓的宏程序模板，如橢圓模板、雙曲線模板、錐螺紋模板等，應用時只需要把零件的具體加工信息和參數輸入到模板中對應的程序段中，就完成了程序的編制。可見宏程序具有很強的靈活性和通用性，給編程帶來事半功倍的效果。這是其他編程方法都做不到的。

另外，在構成零件三維要素較多，自動編程困難的場合，如加工異形螺旋槽、加工非標螺紋等，用宏程序就非常方便靈活，可很好地發揮其優勢。

三、編程對比舉例

為了更好地說明宏程序編程的特點，分別用宏程序和CAD/CAM軟件編程方法，對同一零件進行編程和加工，對比各方面綜合性能。加工中，使用MasterCAM軟件，設定同樣的工藝路線、切削用量、設備和刀具等加工條件。

如下圖所示，零件是一個平面非圓曲線臺階零件，適用數控銑削加工，圖形由直線、圓弧和一段橢圓構成。編程的關鍵是橢圓部分。因人工很難計算出每點的坐標值，光用普通基本指令編程是無法完成的，手工編程時必須用到宏程序方法。用WHILE/DO語句編寫，以X值作變量，Y為X的函數，X以0.1mm長度增加，取值范圍從0～30mm，Y隨X的變化都有一個唯一的值和它對應，并用直線插補指令，來逼近橢圓曲線。橢圓曲線部分的宏程序只需6條，而使用MasterCAM軟件后置處理生成的NC代碼有400多段。

從上表中可見，宏程序簡化編程、方便檢查修改、編程和加工效率高、精度高的特點得到充分體現，不用計算機、不用軟件、無需傳輸也可得到自動編程效果，既經濟性能又高。

四、小結

宏程序編程具有的優勢，是自動編程不能完全替代的，在數控加工中占有廣泛的空間。但也不能否定CAD/CAM軟件編程的作用，對于不規則復雜曲面的模具、三軸或三軸以上聯運的加工場合，用宏程序編程是有局限性的。

在學生工程實訓和技能培訓中，不能忽視宏程序編程的教學要求，明確宏程序編程的優勢，豐富課程內容和形式，開設專題性的開放性實驗以及參加比賽。多角度引導學生重視這方面的訓練，從而牢固樹立手工編程是編程根本的思想。只有練好編程基本功，才能更好地深入理解自動編程的本質。請學生們不要過分依賴軟件自動編程而忽視編程基本能力的鍛煉。養成能不用CAD/CAM軟件編程的就不用，盡量手工編程的習慣，以提升高級編程能力，充分了解手工編程和自動編程各自的特點和適用場合。在實踐中，學生應靈活選擇合理的編程方法，成為基本功扎實的高素質、高技能型人才。

參考文獻：

[1]胡育輝，趙宏立，張宇等.數控宏編程手冊[M].北京：化學工業出版社，2010.

[2]陳海舟.數控銑削加工宏程序及應用實例[M].北京：機械工業出版社，2006.

（作者單位：趙雁，南京理工大學工程訓練中心；

嚴曉云、王祥，江蘇大學工程訓練中心）