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摘要：FANUC 0i系统的宏程序在程序本体中可以使用变量进行编辑，还可以用变量进行赋值、运算等处理。对于椭圆等非圆曲线，使用宏程序编程相对于自动软件编程，刀路更清晰，程序更优化。宏程序有其特定的结构特点，需要总结归纳才能使编程过程更简便。
关键词：FANUC 0i系统;宏程序;椭圆
中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）12-0071-02
0 引言
自动编程软件在机加工行业，尤其是数控铣削加工中心机床编程中运用越来越广泛。许多学校开设相应软件编程课程，如CAXA、UG、MasterCAM等。在学习时，学生使用软件画出图形，再使用基本命令出程序，甚至为了技能等级考试而重复练习几个命令。因为过度依赖软件，造成学生缺乏相应的工艺知识，编程基础能力反而弱化了。学习宏程序编程方法，可以让学生理清编程思路，夯实编程基础。
1 宏程序概述
1.1 宏程序分类与FANUC 0i系统
现在国内数控机床常配置的系统有SIEMENS与FANUC系统，其中FANUC系统在南方使用较多。
FANUC 0i系统用户宏程序分为两种，即宏程序功能A与宏程序功能B。其中功能A采用G65H固定格式进行数学运算和逻辑关系的表达，阅读程序不是很直观，实际学习时较少使用。功能B能较直观表达各程序段，且需要记忆指令较少，故常采用此方法进行宏程序编辑。
1.2 椭圆宏程序编写具有代表性
对于构造规则或不规则的曲面，需要有数学运算的过程，存在变量表达关系。对于非圆曲线，从本质来看，是允许加工路径用直线去逼近曲面的，椭圆具有代表性。学会椭圆宏程序编写方法，对于同类的二次曲线、其他平面曲线的程序编写具有指导意义。
2 椭圆的宏程序编写
2.1 椭圆标准方程
在平面直角坐标系中，用方程描述椭圆，椭圆的标准方程中的“标准”指的是中心在原点，对称轴为坐标轴。
通过椭圆定义，可以采用坐标X或Y来表达椭圆编程的自变量#m，另一个坐标为变量#n。
①焦点在X轴时，标准方程为：
3 椭圆槽编程实例
零件轮廓分为凸台与凹槽两大类，其中凹槽的程序编写要考虑的工艺与编程要求更多、更复杂。为了归纳总结宏程序编程方法，采用凹槽编程为例。如图1所示椭圆槽，椭圆的长半轴30mm，短半轴15mm，深度10mm。材料45钢，毛坯尺寸60mm×60mm×21mm。
3.1 椭圆方程的选择与变量的取值
考虑到椭圆槽是完整椭圆形状，采用角度为变量的参数方程进行编程较为方便。即以椭圆曲线上任意一点与椭圆中心之间的夹角？兹为自变量#m，椭圆长半轴轴线与水平的夹角（+X向），逆时针为+，顺时针为-，本例赋值#7。
赋值#3=20，G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系逆时针旋转200，此时长半轴与X轴重合（本例使用）。也可赋值#3=-70，G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系顺时针旋转700，此时短半轴与X轴重合。
为了避免下刀点选择造成切削出现过切情况，采用原点（0，0）为下刀点，Y轴最大值为轮廓切入点（0，15）。采用顺铣铣削方式，那么自变量初始值#7=-270，终点值#8=-630（椭圆铣削一周为3600），每次变化量#9=-1。
3.2 切削深度的变量取值
椭圆槽深度为10mm，加工精度0～0.015mm，材料45钢，因为加工深度精度要求高，需分层进行铣削。采用以深度为自变量#4，#4=5为椭圆槽初次铣削深度，#5=10为椭圆槽总深度，Z轴每次递增量#6。
3.3 椭圆曲率对刀具选择的影响
椭圆属于非圆曲线。在加工时，要考虑椭圆曲率对于刀具选择的制约，如果刀具半径大于椭圆曲率最小值将出现过切情况。
在长半轴与短半轴顶点处，即（±a，0）（0，±b）处，椭圆的曲率半径为极限值，计算公式：
考虑最小曲率为7.5，可以使用？覫12立铣刀（需有底孔），或者采用？覫12键槽铣刀。
参考程序及说明如下所示：
加工程序 程序说明
O1200 程序名
N10 G17G40G69G90 程序初始化
N20 G54G0Z100选择G54坐标系，抬刀高度100mm
N30 M03 S1200 主轴正转1200r/min
N40 #1=30 椭圆长半轴长度（对应X轴）
N50 #2=15 椭圆短半轴长度（对应Y轴）
N60 #3=20 橢圆长半轴轴线与水平的夹角（+X向）
N70 #4=5 椭圆轮廓初次铣削深度
N80 #5=10 椭圆轮廓总深度 N90 #6=5 Z轴每次递增量#6
N100 G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系旋转200
N110 X0 Y0 XY向定位下刀点
N120 Z5 安全高度，快速接近工件表面
N130 WHILE[#4LE#5]DO1如果加工高度#4≤#5，则循环1继续
N140 G01Z-#4F100 G01进给下降至加工深度-#4
N150 G42 D1 X-10 Y5 建立右刀补
N160 G02 X0 Y15 R10 F200圆弧切入椭圆
N170 #7=-270 角度#7初始值
N180 #8=-630 椭圆轨迹终点角度
N190 #9=-1 角度#7每次递增量#9
N200 WHILE[#7GE#8]DO2 如果角度#7≥#8，则循环2继续
N210 #10=#1*COS[#7] 椭圆上一点的X坐标值
N220 #11=#2*SIN[#7] 椭圆上一点的Y坐标值
N230 G01 X#10 Y#11 G01进给走出椭圆轮廓
N240 #7=#7+#9 角度#7每次以#9递减
N250 END2 循环2结束
N260 G02 X10 Y5 R10 圆弧切出椭圆
N270 G40 G01 X0 Y0 取消刀补，回到下刀点
N280 #4=#4+#6 Z轴#4赋值每次以#6递增
N290 END1 循环1结束
N300 G00 Z100 刀抬到100mm初始高度
N310 G69 取消坐标系旋转
N320 G53 Y0 Y向回参考点
N330 M30 程序结束
3.4 椭圆槽宏程序编程要点
椭圆轮廓宏程序编程的实质是使用G01逼近椭圆轨迹，角度每次递增或递减量越小，则轮廓越接近理论值，角度变量以10为宜。
4 自动编程软件编辑椭圆槽程序
采用2020版CAXA制造工程师，平面轮廓精加工方式对椭圆槽进行编程。程序节选如下所示：
%
O1200
N10 G17 G40 G69 G90
N20 G54 G00 Z100 S1200 M03
……
N3400 G1 G40 X-2.367 Y4.292
N3410 G0 Z100
N3420 M30
%
自动编程软件出的程序有342行，远远超过宏程序编程的33行程序。且自动编程软件出的程序只有坐標值，无法查看逻辑运算过程，不直观不利于程序的阅读与检查。
5 总结
通过椭圆槽的加工程序编写分析，可以看到，使用宏程序编程较自动编程软件更为简练，加工轨迹可控性较高，对于数控系统的硬件要求较低，不占用较多存储内存。学习宏程序编程方法，相对自动编程软件更能快速掌握与使用，有效降低编程学习难度。能够方便操作者进行手工编程，锻炼编程能力，是编程思维建立的重要部分。
参考文献：
[1]潘广明.基于FANUC系统的端盖、轴承座类零件加工宏程序开发及应用研究[D].河北科技师范学院，2020.
[2]钟兵.基于FANUC 0i系统椭圆工件的宏程序编程分析[J].机械工程与自动化，2020（06）：189-190.
[3]张宁菊.基于FANUC 0i系统的球面加工宏程序[J].机电工程技术，2014，43（10）：38-39，63.
关键词：FANUC 0i系统;宏程序;椭圆
中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）12-0071-02
0 引言
自动编程软件在机加工行业，尤其是数控铣削加工中心机床编程中运用越来越广泛。许多学校开设相应软件编程课程，如CAXA、UG、MasterCAM等。在学习时，学生使用软件画出图形，再使用基本命令出程序，甚至为了技能等级考试而重复练习几个命令。因为过度依赖软件，造成学生缺乏相应的工艺知识，编程基础能力反而弱化了。学习宏程序编程方法，可以让学生理清编程思路，夯实编程基础。
1 宏程序概述
1.1 宏程序分类与FANUC 0i系统
现在国内数控机床常配置的系统有SIEMENS与FANUC系统，其中FANUC系统在南方使用较多。
FANUC 0i系统用户宏程序分为两种，即宏程序功能A与宏程序功能B。其中功能A采用G65H固定格式进行数学运算和逻辑关系的表达，阅读程序不是很直观，实际学习时较少使用。功能B能较直观表达各程序段，且需要记忆指令较少，故常采用此方法进行宏程序编辑。
1.2 椭圆宏程序编写具有代表性
对于构造规则或不规则的曲面，需要有数学运算的过程，存在变量表达关系。对于非圆曲线，从本质来看，是允许加工路径用直线去逼近曲面的，椭圆具有代表性。学会椭圆宏程序编写方法，对于同类的二次曲线、其他平面曲线的程序编写具有指导意义。
2 椭圆的宏程序编写
2.1 椭圆标准方程
在平面直角坐标系中，用方程描述椭圆，椭圆的标准方程中的“标准”指的是中心在原点，对称轴为坐标轴。
通过椭圆定义，可以采用坐标X或Y来表达椭圆编程的自变量#m，另一个坐标为变量#n。
①焦点在X轴时，标准方程为：
3 椭圆槽编程实例
零件轮廓分为凸台与凹槽两大类，其中凹槽的程序编写要考虑的工艺与编程要求更多、更复杂。为了归纳总结宏程序编程方法，采用凹槽编程为例。如图1所示椭圆槽，椭圆的长半轴30mm，短半轴15mm，深度10mm。材料45钢，毛坯尺寸60mm×60mm×21mm。
3.1 椭圆方程的选择与变量的取值
考虑到椭圆槽是完整椭圆形状，采用角度为变量的参数方程进行编程较为方便。即以椭圆曲线上任意一点与椭圆中心之间的夹角？兹为自变量#m，椭圆长半轴轴线与水平的夹角（+X向），逆时针为+，顺时针为-，本例赋值#7。
赋值#3=20，G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系逆时针旋转200，此时长半轴与X轴重合（本例使用）。也可赋值#3=-70，G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系顺时针旋转700，此时短半轴与X轴重合。
为了避免下刀点选择造成切削出现过切情况，采用原点（0，0）为下刀点，Y轴最大值为轮廓切入点（0，15）。采用顺铣铣削方式，那么自变量初始值#7=-270，终点值#8=-630（椭圆铣削一周为3600），每次变化量#9=-1。
3.2 切削深度的变量取值
椭圆槽深度为10mm，加工精度0～0.015mm，材料45钢，因为加工深度精度要求高，需分层进行铣削。采用以深度为自变量#4，#4=5为椭圆槽初次铣削深度，#5=10为椭圆槽总深度，Z轴每次递增量#6。
3.3 椭圆曲率对刀具选择的影响
椭圆属于非圆曲线。在加工时，要考虑椭圆曲率对于刀具选择的制约，如果刀具半径大于椭圆曲率最小值将出现过切情况。
在长半轴与短半轴顶点处，即（±a，0）（0，±b）处，椭圆的曲率半径为极限值，计算公式：
考虑最小曲率为7.5，可以使用？覫12立铣刀（需有底孔），或者采用？覫12键槽铣刀。
参考程序及说明如下所示：
加工程序 程序说明
O1200 程序名
N10 G17G40G69G90 程序初始化
N20 G54G0Z100选择G54坐标系，抬刀高度100mm
N30 M03 S1200 主轴正转1200r/min
N40 #1=30 椭圆长半轴长度（对应X轴）
N50 #2=15 椭圆短半轴长度（对应Y轴）
N60 #3=20 橢圆长半轴轴线与水平的夹角（+X向）
N70 #4=5 椭圆轮廓初次铣削深度
N80 #5=10 椭圆轮廓总深度 N90 #6=5 Z轴每次递增量#6
N100 G68X0Y0R#3 以原点为中心，坐标系旋转200
N110 X0 Y0 XY向定位下刀点
N120 Z5 安全高度，快速接近工件表面
N130 WHILE[#4LE#5]DO1如果加工高度#4≤#5，则循环1继续
N140 G01Z-#4F100 G01进给下降至加工深度-#4
N150 G42 D1 X-10 Y5 建立右刀补
N160 G02 X0 Y15 R10 F200圆弧切入椭圆
N170 #7=-270 角度#7初始值
N180 #8=-630 椭圆轨迹终点角度
N190 #9=-1 角度#7每次递增量#9
N200 WHILE[#7GE#8]DO2 如果角度#7≥#8，则循环2继续
N210 #10=#1*COS[#7] 椭圆上一点的X坐标值
N220 #11=#2*SIN[#7] 椭圆上一点的Y坐标值
N230 G01 X#10 Y#11 G01进给走出椭圆轮廓
N240 #7=#7+#9 角度#7每次以#9递减
N250 END2 循环2结束
N260 G02 X10 Y5 R10 圆弧切出椭圆
N270 G40 G01 X0 Y0 取消刀补，回到下刀点
N280 #4=#4+#6 Z轴#4赋值每次以#6递增
N290 END1 循环1结束
N300 G00 Z100 刀抬到100mm初始高度
N310 G69 取消坐标系旋转
N320 G53 Y0 Y向回参考点
N330 M30 程序结束
3.4 椭圆槽宏程序编程要点
椭圆轮廓宏程序编程的实质是使用G01逼近椭圆轨迹，角度每次递增或递减量越小，则轮廓越接近理论值，角度变量以10为宜。
4 自动编程软件编辑椭圆槽程序
采用2020版CAXA制造工程师，平面轮廓精加工方式对椭圆槽进行编程。程序节选如下所示：
%
O1200
N10 G17 G40 G69 G90
N20 G54 G00 Z100 S1200 M03
……
N3400 G1 G40 X-2.367 Y4.292
N3410 G0 Z100
N3420 M30
%
自动编程软件出的程序有342行，远远超过宏程序编程的33行程序。且自动编程软件出的程序只有坐標值，无法查看逻辑运算过程，不直观不利于程序的阅读与检查。
5 总结
通过椭圆槽的加工程序编写分析，可以看到，使用宏程序编程较自动编程软件更为简练，加工轨迹可控性较高，对于数控系统的硬件要求较低，不占用较多存储内存。学习宏程序编程方法，相对自动编程软件更能快速掌握与使用，有效降低编程学习难度。能够方便操作者进行手工编程，锻炼编程能力，是编程思维建立的重要部分。
参考文献：
[1]潘广明.基于FANUC系统的端盖、轴承座类零件加工宏程序开发及应用研究[D].河北科技师范学院，2020.
[2]钟兵.基于FANUC 0i系统椭圆工件的宏程序编程分析[J].机械工程与自动化，2020（06）：189-190.
[3]张宁菊.基于FANUC 0i系统的球面加工宏程序[J].机电工程技术，2014，43（10）：38-39，63.