基于FANUC 0i数控系统宏程序应用研究

　　随着现代制造技术、数控技术的发展，以及数控机床的曰益普及，数控加工技术存我同得到了广泛的应用。在CAD／CAM软件普及应用的今天，手工编程的应用空间目趋缩小，但是宏程序有其自身的特点，是CAD／CAM软件编程不可替代的。以日本为例，日本机械行业的自动化、数控化、智能化水平高于中同，以CAD／CAM软件应用也很普遍，但是日本行没有因此而忽略和削弱对宏程序的运用。但在我同就宏程序应 情况而言，没有达到人们期望的应用广度和应用效果，本文通过对FANUC 0i系统宏程序 用为例，对宏程序编程的技术特点进行分析及归纳总结，希望为宏程序的应用及推广起到一定的借鉴作用。

1、宏程序的应用现状

　　众昕周知，我同目前被誉为“世界工厂”、“制造人国”，我国制造上业存飞速发展的同时，与世界制造业先进水平的差距也在不断缩小。在我同，六成以上数控铣床(加工中心)都是应用在模具行业，由于模具加工的特殊性和‘些非技术性原因，CAD／CAM软件的应用由来己久，且日趋成熟，从规模较大的各种企业，到那些仅有2～5台数控铣床或加工中心的“数控加工店”，随处可见UG、Cimatron、MasterCAM、PowerMILL等世界知名CAD／CAM软件的身影。

2、宏程序与普通程序的对比

　　通常所讲的数控指令是指ISO代码指令编程，即每个代码的功能是固定的，由系统生产厂家开发，使用者只需(只能)按照规定编程即可。但有时候这些指令满足不了用户的需要，系统因此提供了用户宏程序功能，使用户可以对数控系统进行一定的功能扩展，实际上是数控系统对用户的开放，也可视为用户利用数控系统提供的工具，在数控系统的平台上进行二次开发，当然这 的开放和开发都是有条件和有限制的。

　　用户宏程序与普通程序存在一定的区别，认识和了解这些区别，将有助于宏程序的学习理解和掌握运用，表1．1为用户宏程序和普通程序的简要对比。

3、机械零件的数控加工技术特点

　　常见的机械零件形状大多都是由各种凸台、凹槽、圆孔、斜平面、回转面等组成，很少包含不规则的复杂曲面，构成其的几何因素无外乎点、直线、圆弧，各种二次圆锥曲线(椭圆、抛物线、双曲线)，以及一些渐开线(常用于齿轮等)，这些都可以用三角函数、解析几何等数学公式进行表达。除此之外，机械零件的数控加工还有如下特点:

　　(1)反复修改参数，调整最优化的切削状态;

　　(2)可用逻辑严密的数学表达;

　　(3)存在变螺距螺纹的加工、锥度螺纹的加工和深孔钻加工等疑难加工问题。

4、宏程序与CAD/CAM软件生成程序的加工性能对比

　　宏程序的合理应用，一方面要求编程者具有相应的工艺知识和经验，即确定合理的刀具、走刀路线和切削用量等;另一方面也要求编程者其有相应的数学知识，即通过严密的数学语言配合标准的格式语句表达出编程意图。任何零件的数控加工只要能够用严密的逻辑数学表达出来，就能应用宏程序进行程序编制，且程序篇幅都比较精炼，便于数控机床的存储及随时调用。

　　在应用宏程序进行数控编程加工过程中以下两方面优势是不难发现。一方面，宏程序短小精悍，即使是最廉价的机床数控系统，其内部程序存储空间也会有10KB左右(FANUC 0i系统的标准配置一般为128KB或256KB)，完全容纳得下任何复杂的宏程序，因此根本无须考虑机床与外部电脑的传输速度对实际加工速度的影响。另一方面，为了描述加工运动轨迹，宏程序必然会最大限度地使用数控系统内部的各种指令代码，例如圆弧插补或螺旋插补指令等。在执行宏程序时，数控系统可以直接识别这些指令进行插补运算，且运算速度极快，再加上伺服电动机和机床的迅速响应，使得加工效率极高。

　　而对于CAD/CAM软件生成的程序，情况则要复杂的多。

　　首先，CAD/CAM软件生成的刀路轨迹生成不够优化合理。在CAD/CAM软件中，生成刀路轨迹的实质就是在允许的误差值范围内沿每条路径用直线去逼近曲面的过程。这样任意曲面自然都能对付，而且也是完全合理的做法，但是在加工规则曲面(如球面)时，工艺上就出现厂‘些问题，由于CAD/CAM软件构造曲面的底层数学模型所限，也由于CAD/CAM软件对曲面生成刀具轨迹的逼近原理所限，在执行事实上真正的整圆或圆弧轨迹时，软件无法智能地判断这里是“真正的整圆或圆弧”，生成的程序并不是G02/G03指令，而是G01逐点逼近形成的“圆”。可以想像为为正n边形去逼近个圆，只不过这个“n”非常巨大而已。

　　其次,CAD/CAM软件生成的程序代码冗长给传输加工带来不便。由于CAD/C八M软件生成的刀路轨迹生成不够优化，导致程序代码冗长。如果通过RS-2321的串口通信来实现DNC在线加工,程序传输速率往往跟不仁机床的节拍，在实际加工中「.丁以看到机床的进给运动有明显的断续、迟滞，对于FANUC系统，即使打开DNC缓冲，或设置G51.1参数，也难以有大的改观。

　　最后，CAD/CAM软件生成的程序很难提高。在实际加工过程中，宏程序执行进给速度F=2000mm/min，都可以保持非常均匀、快速而且平稳的螺旋运动，但是通过CAD/CAM软件生成的程序，即使通过使用外部用户功能生成相似的刀具轨迹，但刀具轨迹是根据给定的误差值用G01逐段 逼近的实现，机床运行的实际速度也上不去，当进给速度小于600mm/min时还不明显，如果F设定为1000mm/min左右，就可以看到机床在明显的颤抖，例如MasterCAM在后置处理的环节中，允许使用者设定最最小半径值最大半径值生成G02/G03命令，其实就是G02／G03术逼近相邻的若干段直线段，以达到减少程序字节，提高机床实际运行速度的目的，这样虽然有了较大的改善， 但不能从根本上解决问题。由此可见，在后置处理上做文章有一个根本的弊端，它并没有改变或优化刀具轨迹本身， 是增加一个“二次逼近”的计算过程，必然会导致额外的误差累积，也不可能从根本仁解决问题。

5、结语

　　综合所述，宏程少犷有其独特的特点，是CAD/CAM软件不可完全取代的，在CAD/CAM软件普及应用的今天，并非“无用武之地”，因此进行宏程序的应用性研究是非常必要的。