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【摘 要】宏程序最大特点就是将有规律的形状或尺寸用最短的程序段表示出来，使程序编制简单化，程序容量小且通用性强，具有易读性、易修改性、逻辑严密。掌握宏程序的编程特点，能够很好地解决实际加工中大平面、球面、倒角、铣螺纹等有规则几何形状的工件加工，而且机床在执行宏程序时，较执行CAD/CAM软件生成的程序更加快捷，反应更迅速，具有灵活性、通用性、智能性。它还可以解决CAD/CAM也不一定能解决的问题。
【关键词】宏程序;变量;CAXA
一、引言
随着经济的不断发展，数控机床的普及和技术推广，使数控加工在机械制造业中越来越重要，人们对数控技术的认识也在不断提高。数控程序的编制效率在很大程度上决定了零件的加工精度和加工效率，是数控加工的重要组成部分。由于各种数控编程软件层出不穷，比较简单的零件企业也都在使用CAD/CAM软件编程，自动编程软件中需要画图、设定参数、输出程序、程序验证等过程，因此CAD/CAM软件比较适合复杂零件编程，对于简单的零件不会提高生产效率，此情况下最大亮点是使用手工编程。但生产中往往忽略了手工编程，特别是宏程序编程，原因就是大家对宏程序不了解。手工编程是基础，宏程序编程是手工编程的高级形式，在实际加工中自由度大，能按照编程者的意愿控制机床的运动，便于进行程序流程控制，程序可控性、可调性好，程序非常短;自动编程固然在某些方面比较方便，但仍不能取代手工编程。究其原因，是因为自动编程（利用CAM类软件进行编程），虽然适合进行复杂形状的编程，但不能按编程人员的意愿加工走刀，空行程多，程序量较大（通常是手工编程的1 000—10000倍），可调性差。
二、解决球面表面粗糙度的问题
1、宏程序特点
宏程序是现代数控系统必不可少的部分，宏程序最大特点就是将有规律的形状或尺寸用最短的程序段表示出来，具有极好易读和易修改性，编写的程序非常简洁，逻辑严密，通用性极强，CAD/CAM软件能完成的任务，宏程序基本也能完成。而用宏程序编程具有的程序短小精练、加工效率高、具有灵活性、通用性、智能性等诸多优点，是CAD/CAM软件生成程序不具备的。可以说宏程序的作用与CAD/CAM软件的作用是并驾齐驱的，且又能克服其缺点。它还可以解决CAD/CAM也不一定能解决的问题。
2、零件图解析
图1 零件图
图1中的球面是模具中常见的零件特征之一，可以采用自动编程或宏程序编程。无论哪一种编程方式，加工球面时都常采用分层加工，即每一层的走刀轨迹为一个整圆，编制的程序，不仅影响加工精度，而且还影响加工效率。在半球面加工中，通常使用三种方法来确定宏程序的参数变量：第一种是以X轴为自变量（如图3），即确定一个起始圆的半径，完成一层后缩小半径值进行下一层的切削;第二种是以Z轴为自变量（如图4），即确定切削深度，完成一层后抬起一段高度进行下一层的切削;第三种方法是以角度为自变量，根据角度能够得出圆的直径和每一层的高度。然而无论采用哪种方法都存在着加工误差的不均匀性，设置的步长值与角度值并不能保证每一切削层的残余高度值一致。设置的步长值或角度值过大，则残余高度很大;而如果设置的步长值或角度值过小，则会导致加工路径变长，程序量大，占有的存储的空间就大加工效率降低。使用CAD/CAM软件可以编制出受最大残余高度值控制的数控程序，生成的刀轨为一个环切的刀轨，但其程序的数据量极大，并且对于每个新零件都需要单独编程。相比之下，宏程序具有编程快捷、简洁、通用和工艺优化的特点。文中通过分析CAXA自动编程的轨迹，常规的宏程序轨迹的缺点，提出整改措施，即控制半球的分割点，在45°分割点两侧采用不同的自变量，以提高工件表面质量。
图2 CAXA自动编程仿真
图3 X轴为自变量
图4 Z轴为自变量
3、解决方案
通过上述分析得出结论，在加工含有球面、椭圆、抛物线等型面工件时，应注意分割点的控制。如图5所示，利用宏程序在45°分割点两侧采用不同的自变量，以提高工件表面质量。
图5 45°分割点控
4、程序
（1）以X、Z轴为变量，45°分割点的程序：
O0001
G90 G00 G54 G40 X0 Y0
Z100 M03 S1000计数器，X轴起始
#1=0
#3=SQRT[2]/2*40分割点
WHILE [#1 GE #3] DO1判别条件
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]Z轴
位置
G00 X[-#1] Y0
G01 Z[#2] F120
G02 I[#1] J0
#1=#1+0.5
END1
WHILE [#3GE0] DO2
#4=SQRT[[40*40]-[#3*#3]] X軸位置
G00 X[-#4] Y0
G01 Z[#3] F120
G02 I[#4] J0
#3=#3-0.5
END2
G00 Z100
M30
（2）以角度为变量的程序：
O0003
G90 G00 G54 G40 X0 Y0
M03 S1000
G01Z40F120
#1=0X赋值
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]Z轴
变量
#3=SQRT[2]/2*40 #5=0.5
WHILE[#5LE360] DO1
G68 X0 Y0 R[#5]
M98 P010001
G69 X0 Y0
#5=#5+0.5
END1
G00Z100
M30
子程序：
O0001
#3=SQRT[2]/2*40
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]
WHILE[#1LE#3] DO1
G01 X[#1] Z[#2] F120
#1=#1+0.5
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]
END1
#1=0
#3=SQRT[2]/2*40
WHILE [#3 GE 0] DO1
#4=SQRT[[40*40]-[#3*#3]]
G01X[#4] Z[#3]
#1=#1-0.5
END1
M99
三、結论
对于加工不复杂的大平面、球面、椭圆、抛物线、双曲线、倒角、斜面等工件时，可以采用宏程序来完成。宏程序在形状相似的零件中应用较方便，即只需改变赋值中的数据即可完成零件加工。当刀具磨损后也可以用宏程序来补偿完成加工。宏程序不但可以使用变量及进行变量间的运算、在变量中设定实际值，宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，有利于编制各种零件加工程序，避免编程时进行繁琐的数值计算，精简了程序量，而且可读性强，易于检查，提高加工效率。数控宏程序设计作为一种非常方便实用的编程方法应给予足够的重视并加以推广。
参考文献：
[1]高级/李蓓华主编.数控机床操作工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004职业技术·职业资格培训教材.
[2]金福吉主编.数控大赛试题·答案·点评[M].机械工业出版社，2006.5.
[3]袁锋主编.全国数控大赛试题精选.机械工业出版社，2005.7.
[4]李峰主编.数控宏程序实例教程.化学工业出版社，2010.4.
[5]陈海舟主编.数控铣削加工宏程序及应用实例（第2版）.机械工业出版社，2008.1.
[6]胡仁喜，万金环主编.CAXA制造工程师2013机械设计与加工标准实训教程.印刷工业出版社，2012.10.
作者简介：
谢 鑫，女，吉林省辽源市人，本科，助理讲师，研究方向为机械制造，现为吉林电子信息职业技术学院教师。
侯广飞，男，内蒙古通辽人，助理讲师，研究方向为机械制造。
【关键词】宏程序;变量;CAXA
一、引言
随着经济的不断发展，数控机床的普及和技术推广，使数控加工在机械制造业中越来越重要，人们对数控技术的认识也在不断提高。数控程序的编制效率在很大程度上决定了零件的加工精度和加工效率，是数控加工的重要组成部分。由于各种数控编程软件层出不穷，比较简单的零件企业也都在使用CAD/CAM软件编程，自动编程软件中需要画图、设定参数、输出程序、程序验证等过程，因此CAD/CAM软件比较适合复杂零件编程，对于简单的零件不会提高生产效率，此情况下最大亮点是使用手工编程。但生产中往往忽略了手工编程，特别是宏程序编程，原因就是大家对宏程序不了解。手工编程是基础，宏程序编程是手工编程的高级形式，在实际加工中自由度大，能按照编程者的意愿控制机床的运动，便于进行程序流程控制，程序可控性、可调性好，程序非常短;自动编程固然在某些方面比较方便，但仍不能取代手工编程。究其原因，是因为自动编程（利用CAM类软件进行编程），虽然适合进行复杂形状的编程，但不能按编程人员的意愿加工走刀，空行程多，程序量较大（通常是手工编程的1 000—10000倍），可调性差。
二、解决球面表面粗糙度的问题
1、宏程序特点
宏程序是现代数控系统必不可少的部分，宏程序最大特点就是将有规律的形状或尺寸用最短的程序段表示出来，具有极好易读和易修改性，编写的程序非常简洁，逻辑严密，通用性极强，CAD/CAM软件能完成的任务，宏程序基本也能完成。而用宏程序编程具有的程序短小精练、加工效率高、具有灵活性、通用性、智能性等诸多优点，是CAD/CAM软件生成程序不具备的。可以说宏程序的作用与CAD/CAM软件的作用是并驾齐驱的，且又能克服其缺点。它还可以解决CAD/CAM也不一定能解决的问题。
2、零件图解析
图1 零件图
图1中的球面是模具中常见的零件特征之一，可以采用自动编程或宏程序编程。无论哪一种编程方式，加工球面时都常采用分层加工，即每一层的走刀轨迹为一个整圆，编制的程序，不仅影响加工精度，而且还影响加工效率。在半球面加工中，通常使用三种方法来确定宏程序的参数变量：第一种是以X轴为自变量（如图3），即确定一个起始圆的半径，完成一层后缩小半径值进行下一层的切削;第二种是以Z轴为自变量（如图4），即确定切削深度，完成一层后抬起一段高度进行下一层的切削;第三种方法是以角度为自变量，根据角度能够得出圆的直径和每一层的高度。然而无论采用哪种方法都存在着加工误差的不均匀性，设置的步长值与角度值并不能保证每一切削层的残余高度值一致。设置的步长值或角度值过大，则残余高度很大;而如果设置的步长值或角度值过小，则会导致加工路径变长，程序量大，占有的存储的空间就大加工效率降低。使用CAD/CAM软件可以编制出受最大残余高度值控制的数控程序，生成的刀轨为一个环切的刀轨，但其程序的数据量极大，并且对于每个新零件都需要单独编程。相比之下，宏程序具有编程快捷、简洁、通用和工艺优化的特点。文中通过分析CAXA自动编程的轨迹，常规的宏程序轨迹的缺点，提出整改措施，即控制半球的分割点，在45°分割点两侧采用不同的自变量，以提高工件表面质量。
图2 CAXA自动编程仿真
图3 X轴为自变量
图4 Z轴为自变量
3、解决方案
通过上述分析得出结论，在加工含有球面、椭圆、抛物线等型面工件时，应注意分割点的控制。如图5所示，利用宏程序在45°分割点两侧采用不同的自变量，以提高工件表面质量。
图5 45°分割点控
4、程序
（1）以X、Z轴为变量，45°分割点的程序：
O0001
G90 G00 G54 G40 X0 Y0
Z100 M03 S1000计数器，X轴起始
#1=0
#3=SQRT[2]/2*40分割点
WHILE [#1 GE #3] DO1判别条件
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]Z轴
位置
G00 X[-#1] Y0
G01 Z[#2] F120
G02 I[#1] J0
#1=#1+0.5
END1
WHILE [#3GE0] DO2
#4=SQRT[[40*40]-[#3*#3]] X軸位置
G00 X[-#4] Y0
G01 Z[#3] F120
G02 I[#4] J0
#3=#3-0.5
END2
G00 Z100
M30
（2）以角度为变量的程序：
O0003
G90 G00 G54 G40 X0 Y0
M03 S1000
G01Z40F120
#1=0X赋值
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]Z轴
变量
#3=SQRT[2]/2*40 #5=0.5
WHILE[#5LE360] DO1
G68 X0 Y0 R[#5]
M98 P010001
G69 X0 Y0
#5=#5+0.5
END1
G00Z100
M30
子程序：
O0001
#3=SQRT[2]/2*40
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]
WHILE[#1LE#3] DO1
G01 X[#1] Z[#2] F120
#1=#1+0.5
#2=SQRT[[40*40]-[#1*#1]]
END1
#1=0
#3=SQRT[2]/2*40
WHILE [#3 GE 0] DO1
#4=SQRT[[40*40]-[#3*#3]]
G01X[#4] Z[#3]
#1=#1-0.5
END1
M99
三、結论
对于加工不复杂的大平面、球面、椭圆、抛物线、双曲线、倒角、斜面等工件时，可以采用宏程序来完成。宏程序在形状相似的零件中应用较方便，即只需改变赋值中的数据即可完成零件加工。当刀具磨损后也可以用宏程序来补偿完成加工。宏程序不但可以使用变量及进行变量间的运算、在变量中设定实际值，宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，有利于编制各种零件加工程序，避免编程时进行繁琐的数值计算，精简了程序量，而且可读性强，易于检查，提高加工效率。数控宏程序设计作为一种非常方便实用的编程方法应给予足够的重视并加以推广。
参考文献：
[1]高级/李蓓华主编.数控机床操作工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004职业技术·职业资格培训教材.
[2]金福吉主编.数控大赛试题·答案·点评[M].机械工业出版社，2006.5.
[3]袁锋主编.全国数控大赛试题精选.机械工业出版社，2005.7.
[4]李峰主编.数控宏程序实例教程.化学工业出版社，2010.4.
[5]陈海舟主编.数控铣削加工宏程序及应用实例（第2版）.机械工业出版社，2008.1.
[6]胡仁喜，万金环主编.CAXA制造工程师2013机械设计与加工标准实训教程.印刷工业出版社，2012.10.
作者简介：
谢 鑫，女，吉林省辽源市人，本科，助理讲师，研究方向为机械制造，现为吉林电子信息职业技术学院教师。
侯广飞，男，内蒙古通辽人，助理讲师，研究方向为机械制造。