宏程序數控編程在中小機加工企業的應用研究

楊 鋒，王建軍，武秋俊，張倩涵，王晉濤

（河北機電職業技術學院，河北 邢臺 054000）

數控宏程序是帶宏變量的數控程序，宏程序不僅可以用在數控編程加工，如加工形狀類似，大小不同；形狀相同，位置不同以及特殊公式曲線的圖形；還可以用在自動化控制方面，如機械手換刀、在線測量等，因此在中小企業應用范圍較廣。

1 鏜刀換刀問題提出

一些中小企業使用使用的加工中心，多采用盤式刀庫，由于加工中心刀庫電機功率和刀位尺寸的影響，對刀具的直徑和重量都有限制，但是實際數控加工時，為提高加工效率和加工精度，總會選擇大直徑和長度鏜刀刀具，這些刀具找出標準刀庫要求，因此刀具只能手工更換，這樣不經濟也不安全。

2 鏜刀換刀的解決方案

通過在加工中心工作臺上安裝鏜刀刀架，設計鏜刀刀架的宏程序控制，實現鏜刀的自動換刀，以提高生產效率和設備自動化程度。

考慮到機床工作臺尺寸、機床工作行程和箱體加工工藝要求，設計可安裝兩個鏜刀刀座的鏜刀刀架、刀座裝有開口卡簧以實現自動換刀。刀架安裝在機床工作的左上角，編制控制宏程序前要調試兩個鏜刀刀座的機械坐標位置。在自動換刀時，采用M06 和G65 兩種代碼實現。一種是加工中心換刀庫刀，指令M06Tk（k 為刀號）；另一種是加工中心換鏜刀刀架刀，若主軸上有刀庫刀，先使用M06 把主軸刀還刀刀庫，再調用宏程序功能換刀。

3 鏜刀換刀的工作過程

鏜刀換刀取刀和還刀兩個環節，取刀就是把鏜刀從鏜刀刀架取到主軸上，取刀前保證主軸無任何刀具、還有取那一把鏜刀（通過宏程序調用變量）給定。具體工作過程是Z 軸回到換刀原點、主軸準停完成后，移動到鏜刀刀座圓心坐標正上方400mm，Z軸移動刀柄合適位置，主軸松刀，主軸繼續緩慢下移，與刀柄配合完好，等待2 秒，主軸緊刀，抓取鏜刀沿Y 軸負方向移動適當距離脫離鏜刀刀架，回到換刀點，取刀結束。還刀是把鏜刀從主軸還回鏜刀刀架，沿取刀過程逆序完成。

4 宏程序控制基礎

4.1 宏變量

宏變量就是帶有#后面跟1～4 為數字的變量號，例 #20，#500 等，FANUC 宏變量分為空變量、局部變量、公共變量和系統變量如表1、系統變量分為保持性公共變量和模態變量等，變量分配見表1。

表1 Fanuc 宏變量表

#100～#199非保持公共變量在不同宏程序數據相同，斷電初始化為空#500 可設置為刀架上的鏜刀刀號，刀號在機床斷電位置保持#2000～#2499#500～#999保持型公共變量在不同宏程序數據相同，斷電數據不丟失刀補系統變量存儲刀具的長度和磨損補償#2201 表示 1 號刀刀具長度補償#4001～#4120模態變量G 代碼的模態指令#4001（G00/G01模態），#4120 主軸刀具刀號#5001～#5101 位置信息#5021-#5024 機床坐標當前位置刀具的機床坐標和工件坐標

4.2 相關指令

（1）宏調用指令格式G65 Pm Ln〈自變量賦值〉，m 表示程序名，n 表示調用次數，自變量賦值見表2，G65 按照表2 的規定，將自變量的實際數值調到相應的程序體中。例：G65P8004T81 就是調用O8004 子程序，在O8004 子程序內部#20=81。

表2 自變量賦值表

（2）G53 指令格式（G90）G53X_Y_Z_;功能：將主軸移動到鏜刀刀架已調試好的換刀位置（機床坐標系的XYZ 位置）。

（3）#3000 報警屏幕上顯示報警號和報警信息，報警號為#3000 的值加上3000例：#3000=3（Tool Number error），報警觸發后屏幕顯示3003Tool Number error

5 程序編寫

宏程序設計分為4 個程序，一個主程序O8004，其他3 個子程序嵌套在主程序里，分別還刀子程序O8005、取刀子程序O8006 和刀架刀座圓心坐標子程序O8007。調用方式取1 號鏜刀G65P8004T81，取2 號鏜刀G65P8004T82，還刀不取刀G65P8004。

5.1 主程序O8004

（1）模態保護和恢復。

#2=#4001(模態點定位還是直線插補G00/G01)

#3=#4003 (模態絕對坐標還是增量坐標G90/G91)

#4=#4109(進給速度)

G#2#3F#4；（恢復模態）

（2）標志位 #500，#4120 和 #20 的含義。

#4120≠0？（表示主軸上有刀庫刀），條件成立，主軸上有刀庫換鏜刀，報錯結束。

#500=0？（主軸上沒有刀架的鏜刀），條件成立，主軸沒有鏜刀，不用還刀直接取刀。

#20=#0？宏調用指令是G65P8004，則#20=#0；主軸的鏜刀還回鏜刀刀架后不取刀；指令G65P8004T81，則 #20=81，根據 #500 的值確定是否還刀，還刀結束后取1 號鏜刀；G65P8004T82，則#20=82，根據#500 的值確定是否還刀，還刀結束后取2 號鏜刀。

（3）主程序流程圖。

5.2 子程序

（1）還刀子程序O8005。還刀前若#500=81，調用O8007 的1 號鏜刀坐標系還刀，若#500=82，調用O8007 的2 號鏜刀坐標系還刀，還刀完成后#500=0。

（2）取刀子程序 O8006。G65P8004T81 取 1 號鏜刀，完成后#500=81，G65P8004T82 取2 號鏜刀，完成后#500=82，G65P8004 只還刀。

（3）鏜刀刀座坐標子程序。

O8005(BIG TOOL ATC POSITION DATA)

(T81<-->T82)

IF[#20EQ101]GOTO[101]

IF[#20EQ102]GOTO[102]

GOTO1000

N81(1 號鏜刀刀座 XYZ 機床坐標值)

#24=-300.243

#25=-700.236

#26=-1433.134

#7=0.0(Z 軸避讓值)

#8=112.(Y 軸避讓值)

GOTO100

N82(1 號鏜刀刀座XYZ 機床坐標值)

……

N100M99

N1000#3000=3(Tool Number Error)

6 結 語

鏜刀刀架的宏程序在機床測試完成后，縮短了單件加工時間，使企業利潤增加，并降低了工人勞動強度；由此得出，宏程序在解決企業數控加工、提高機床自動化程度有著不可替代的作用。