宏程序在成組加工中的應用

[摘 要] 在數控加工領域，實驗裝備或特種裝備的生產大多以多品種、小批量化生產模式為主。這種模式存在效率低、成本高、勞動強度大等問題。為了解決現狀，可根據零件的結構形狀特點、工藝過程及加工方法的相似性，運用成組技術對其進行分類，以成組加工的模型進行成產，結合數控加工中的宏程序指令，可有效提高零件的生產效率，降低工作強度。使用宏程序指令加工有一定數學規律的零件，在數控加工中應用非常廣泛。在成組加工中，如何根據零件的尺寸規律，按照合理的工藝，編制出正確、高效的加工程序非常重要。文章以典型實例介紹宏程序在成組加工中的應用方法與技巧。

[關鍵詞]數控加工；成組加工；宏程序；變量

[中圖分類號]TG659 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0156–03

The Application of Macro Programs in Group Processing

MENG Dong

[Abstract]In the field of numerical control machining， the production of experimental equipment or special equipment is mostly based on multi-variety and small-batch production mode. This mode has some problems， such as low efficiency， high cost and high labor intensity. In order to solve the current situation， according to the structural shape characteristics of the parts， the similarity of the process and the processing method， the group technology is used to classify them， and the group processing model is produced， combined with the macro program instructions in CNC processing， which can effectively improve the production efficiency of the parts and reduce the work intensity. The use of macro program instructions to process parts with certain mathematical laws is widely used in numerical control machining. In group processing， it is very important to work out correct and efficient processing program according to the size law of parts and reasonable process. This paper introduces the application methods and techniques of macros in group processing with typical examples.

[Keywords]CNC machining； group processing； macro program； variable

在數控加工領域，編程方式一般分為手工編程和自動編程。相對于手工編程，自動編程具備數學處理能力，可快速、自動生成數控程序，程序的自檢糾錯能力強。但自動編程仍不能完全取代手工編程，手工編程自由度大，能夠按照編程人員的意志控制機床的運動，其優越性主要體現在手工編程的重要工具——宏程序。

在成組加工中，編制形狀類似、尺寸不同但存在一定數學規律的零件，使用自動編程存在一些弊端，如程序可調性差、程序冗長（通常是手工編程的1 000～10 000倍）、可讀性差、靈活性差。而使用宏程序編制的程序，便于程序流程控制，程序的可控性、可調性好，程序段非常少，但要求編程者在編制程序的過程中思路清晰、語法正確，并且具有一定的工藝性，才能編制出效率高、通用性強的程序。文章結合實例，對宏程序在成組加工中的應用加以闡述。

1 成組加工簡介

成組加工一般應用于多品種、小批量的生產，是基于成組技術對所有產品零件進行系統分組，將類似的零件合并、匯集成一組，再針對不同零件的特點，組織相應的機床形成不同的加工單元，對其進行加工。經過這樣的重新組合，可以使不同零件在同一機床上用同一個夾具和同一組刀具，稍加調整就能加工，從而變小批量生產為大批量生產，有效提高生產效率，降低成本和提高產品質量。

成組加工在機械加工工藝中應用廣泛，其優點包括以下方面。

（1）減少機床調整工作量。將加工方法、安裝方式及機床調整相近的零件組成零件組，放在一起加工，減少了機床調整的工作量。

（2）提高加工效率。成組加工可以提高加工效率，因為同組零件可以一起加工，減少了加工時間。

（3）降低成本。成組加工可以降低成本，因為可以減少機床調整、刀具更換、夾具設計等方面的時間和成本。

（4）提高產品質量。成組加工可以提高產品質量，因為可以減少加工誤差和提高加工精度。

2 宏程序簡介

宏程序，又稱用戶宏程序，是指把具有某種功能的一組命令，以子程序的形式預先存儲在系統儲存器中，并通過主程序中的宏程序調用指令調用并執行。宏程序其實是一種可以利用參數變量自動運算的子程序。參數變量通常以“#”符號后跟1～4位數字來表示，其類型主要包括以下幾種。

（1）局部變量。#1～#33，這類變量在宏程序中局部使用，用于自變量轉移，斷電時會被初始化。

（2）公用變量。#100～#149和#500～#509，這些變量可在不同的宏程序中公用，#100～#149斷電后會被初始化，而#500～#509的數據在斷電后仍可保存。

（3）系統變量。#1000，用于讀寫CNC運行時各種數據的變化，如刀具的當前位置和補償值。

在數控編程中，宏程序主要通過以下方式實現變量和表達式的運算。

（1）變量賦值。使用等號（=）將常量或表達式的值賦給變量。例如，#1=5表示將數值5賦給變量#1。

（2）算術運算。宏程序支持加（+）、減（–）、乘（*）、除（/）等算術運算符，可以對變量進行數值運算。例如，#1+#2表示將變量#1和#2的值相加。

（3）邏輯運算。使用邏輯運算符，如等于（EQ）、不等于（NE）、大于（GT）、小于（LT）等，對變量或表達式進行邏輯判斷。例如，#1EQ#2表示判斷變量#1是否等于變量#2。

（4）函數調用?？梢允褂孟到y提供的函數（如三角函數、指數函數等）對變量進行運算。例如，SIN（#1）表示計算變量#1的正弦值。

（5）條件判斷。通過邏輯運算和控制語句（如IF–ELSE、WHILE等）實現條件判斷和分支控制，根據不同的條件執行不同的操作。

（6）循環控制。使用循環語句（如WHILE循環）可以重復執行一段代碼，直到滿足特定條件。

這些運算方式可以組合使用，實現復雜的加工邏輯和算法。通過合理運用變量和表達式的運算，可以提高編程的靈活性和效率，實現特殊的加工需求。

3 宏程序在成組加工中的優勢

（1）靈活性高?？梢愿鶕煌募庸ば枨筮M行靈活編程，適應多種零件的加工。

（2）提高效率。通過宏程序可以實現自動化、批量化的加工，減少重復編程的時間，提高加工效率。

（3）適應性強。能夠適應復雜形狀和尺寸的零件加工，擴大了機床的加工能力。

（4）便于修改。對加工過程中的參數調整和優化較為方便，能快速適應生產需求的變化。

（5）減少編程工作量。可以將重復的加工動作和邏輯封裝在宏程序中，減少了編程的工作量。

根據宏程序的使用特性，將其應用于成組加工，不僅可以簡化程序的編制，使數控程序具有高度的通用性，又增強了其可讀性，減少了程序輸入量，方便現場修改，可有效提高生產效率，具有很好的技術經濟效果。

4 應用實例

4.1 工藝分析

現有48種零件，每種零件加工1件，毛坯形狀完全相同，內圓弧R1223尺寸一致且不加工，需加工外圓弧曲面（圖1），48種零件的外圓弧半徑在R1 289.7 mm～R1 291.6 mm內變化，各個零件的外圓弧半徑尺寸均不一致，公差要求±0.1 mm。

產品材料為黑色橡膠，加工時使用專用真空工裝吸附，尺寸550沿機床x軸方向裝夾，加工設備為VB1000立式加工中心，設備數控系統為FANUC–0i，加工刀具為￠20球頭銑刀。

該批次產品使用CAM軟件自動編制加工程序，要逐個對每種零件進行建模和編程，工作量大，程序數量多，而且編制的程序冗長，有數萬個程序段，工人在操作過程中調取程序時間長，同時也不能直觀了解加工內容，靈活性較差，不便于修改。通過使用宏程序進行參數化編程，將有效減少程序數量，簡化程序內容，使其直觀，利于工人操作，可有效提高生產加工效率。

對產品的圖紙和技術要求進行分析，外圓弧尺寸較大，不易直接測量圓弧半徑大小，但外圓弧的尺寸變化最終體現在了零件的厚度尺寸上，控制厚度尺寸，即可保證外圓弧半徑尺寸。因此厚度尺寸是編制該產品宏程序的一個關鍵變量。

4.2 宏程序的編制

編制宏程序時，零件尺寸550沿機床x軸方向，圓弧在G19（y、z）平面加工。首先編制一個沿y、z截面的刀路（圖2）。為了減少編程時的計算量，加工刀具的對刀點設定為R10圓弧中心位置，程序零點設置為R1223內圓弧頂點，加工刀具路線為：安全高度點1→切入點點2→銑削外圓弧→切出點點3→安全高度點4。

設置基礎變量參數：#500=厚度、#501=切入點角度、#502=進給量、#503=刀具直徑。

各變量關系式：

#504=1 223+[#500]+ [#503]/2；（程序路徑圓弧段的圓弧半徑）

根據產品要求，在加工48種零件時，工人只需要根據圖紙尺寸要求修改變量#500的賦值，僅該程序就可完成所有類型零件的加工，程序靈活性強，通用性強。同時可根據產品要求和加工情況，去調整進給速度（#502）、刀具大小（#503）、步進距離（#509）等，改變相對應的變量賦值即可。

4.3 宏程序的仿真與驗證

使用VERICUT軟件對程序進行仿真驗證，驗證程序中#500設置為66.7，加工結果應滿足66.7±0.1 mm。經仿真，宏程序語句的語法正確性，可按照編制思路運行，正常完成零件切削。對加工仿真后的零件測量多個位置厚度尺寸，厚度尺寸在66.72～66.79 mm，均在產品要求公差范圍內。仿真驗證無誤后，進行了產品的試制，零件測量結果與仿真結果一致。

5 結束語

文章通過實例闡述了宏程序在成組加工中的應用及其優勢，可看到宏程序在成組加工中可大幅節省編程時間，使程序的可讀性、適用性及合理性大幅增加，提高生產效率，保證產品質量，從根本上解決了在多品種、小批量零件的生產中，自動編程周期長和難于修改的矛盾。但要使用宏程序編程，須對所使用的數控程序原有代碼有充分了解并能熟練運用，充分考慮數學邏輯關系，利用機床的各項功能，考慮加工過程中所遇到的各種可能因素，才能編制出有利于生產加工的宏程序。

參考文獻

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