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2009年全国技工教育和职业培训 优秀教研成果评选活动参评论文数控车宏指令的使用 数控车宏指令的使用摘要：数控车床系统，特别是中档数控车床系统使用宏指令编程，不太好用，因为宏指令有A类和B类，高档的数控车床系统多数用B类，中档的数控车床系统多数用A类，如广州数控设备厂的GSK980TD，A类宏指令不直观，难于理解，计算功能不全。本文作者还未发现有关数控车床系统A、B类宏指令使用较为祥细介绍的书籍和文章。本文作者通过对宏指令的研究，发现使用宏指令编写宏程序是有一定的规律，和其他电脑高级语言（如C语言）相近，不是初学者想象的那么复杂。关键词：GSK980TD数控车系统宏程序非圆曲线程序前言：数控车床在日常生产中编程通常使用循环指令进行粗加工，因为当今的数控车系统有丰富的粗加工循环指令可供使用。精加工程序是用基本指令（G01G03）把轮廓基点有序连接起来的。当今的数控车系统(特别是中、低档数控系统)很少有专门的非圆曲线精加工指令，这样一来非圆曲线精加工只能用宏指令编写精加工程序。加工一些非圆曲线如随圆、抛物线，粗加工可以用CAD软件把精加工轮廓等距求出粗加工轮廓，用循环指令编写粗加工程序。精加工程序可以用直线或圆弧去拟合精加工轮廓，如果轮廓精度要求较高时，拟合直线或圆弧长度可能只有几个或十几个微米（0.001mm），这样编写的精加工程序就可能成千上万段，在日常生产中不切合实际，因为：首先编写精加工程序时工作量非常大，易出错。其次程序输入数控车操作系统时容易出错，在工厂很少人用电脑传送程序或DNC（边传送边加工）加工。把由一组指令实现的某种功能象子程序一样事先存入存储器中，用一个命令代表这些功能。程序中只要写出该代表命令，就能实现这些功能。把这一组命令称为用户宏程序本体，把代表命令称为“用户宏命令”。用户宏程序本体有时也简称宏程序。宏程序可以作为子程序被调用，如数控铣床钻孔、数控车床切槽。也可以作为精加工主程序使用，如加工非圆曲线。中档数控车床系统为用户配备了强有力的类似于电脑高级语言的宏指令功能，在编写宏程序时用户可以使用变量进行赋值、算术运算、逻辑判断及条件转移，利于编制各种复杂的零件加工程序，减少甚至免除了手工编程时进行繁琐的数值计算，精简了用户程序。宏程序最大的优点在于宏程序的本体中能使用变量，并且变量间可以赋值和运算，系统算点要比人工算点和CAD软件算点精确很多。广州数控设备厂开发的GSK980TD数控系统使用的宏指令属于A类。宏程序主要由宏变量和运算、转移命令组成，宏程序可以单独作为主程序也可作为子程序被调用。一、 宏变量（1）变量的使用方法变量可以指令用户宏程序本体中的地址值。变量值可以在同一个宏程序中赋值或直接用键盘设定，或者在执行用户宏程序本体时，赋给计算出的值。可使用多个变量，这些变量用变量号来区别。不同的数控系统的变量号是不相同的。1）变量的表示用#变量号来表示，格式如下：# i（i=200，202，203，208）（例）#205，#209，#10052）变量的引用用变量可以置换地址后的数值。如果程序中有 “地址# i” 或者“ 地址-# I”，则表示把变量的值或者把变量的值的负值作为地址值。（例）F#203当#203=15时，与F15指令是同样的。Z-#210当#210=250时，与Z-250是同样的。用变量置换变量号时，不用#200描述，而写为#9200，也就是#后面的“9”表示置换变量号。下面的三行是置换变量号的实例。（例）#200 = 205时，#205 = 500时X#9200和X500指令是同样的X-#9200和X-500指令是同样的（2）变量的种类根据变量号的不同，变量分为：公用(共)变量、系统变量、局部变量，它们的用途和性质是不同的。1） 公用变量#200#231公用(共)变量在主程序以及由主程序调用的子程序中通用的变量。即某一用户宏程序中使用的变量# i和其它宏程序使用的# i是相同的。因此，某一宏程序中运算结果的公用变量 # i可以用于其他宏程序中。公用变量的用途，系统中不规定，用户可以自由使用。GSK980TD数控系统的公用变量是#200#231和#500#515，所有变量的值是掉电保护的。2）系统变量系统变量是根据用途不同而被固定的变量，由厂家开发定义的。不同的系统系统变量号是不相同。GSK980TD数控系统的接口输入系统变量是#1000#1015和接口输出#1100#1105，系统变量接口输入输出信号与其他功能接口信号共用同一接口，通过参数设定那一信号接口有效，只有在相对应接口信号的功能无效时，系统变量接口输入信号才有效。3）局部变量局部变量是在用户宏中局部使用的变量。即在某一时刻调用的用户宏中所使用的局部变量#i和另一时刻调用的用户宏(不管与前一个用户宏相同还是不同)中所使用的#i是不同的。因此，在多重调用时，当在用户宏A中调用用户宏B中主变量时，并不会将A中的变量破坏。GSK980TD数控系统无局部变量。二、宏指令G65一般指令格式：G65 Hm P# i Q# j R# k；其中：m：表示运算命令或转移命令功能，数值范围0199。# i：运算结果存放变量名。# j：进行运算的变量名1，也可以是常数。# k：进行运算的变量名2，也可以是常数。指令意义：# i = #j O # k运算符号，由Hm指定本指令为非模态指令。（例）P#200 Q#201 R#202#200 = #201 O #202；P#200 Q#201 R15#200 = #201 O 15；P#200 Q-100 R#202#200 = -100 O #202；三、宏指令说明：1、变量值不带小数点，单位为0.001mm，如指定度时单位为0.001，（例） 若#100 = 10，则X#100=0.01毫米（毫米输入时）2、变量直接用常数表示时不带“#”。3、在各运算中，变量值只取整数，运算结果出现小数点时舍掉，变量值单位为0.001mm或0.0014、变量值在-232+232-1的范围内，但只能正确显示-99999999999999，超过上述范围时，显示*。四、宏指令表 (以GSK980TD系统为例)G代码H代码功能定义G65H01赋值# i = # jG65H02加算# i = # j + # kG65H03减算# i = # j - # kG65H04乘算# i = # j# kG65H05除算# i = # j# kG65H11逻辑加（或）# i = # j OR # kG65H12逻辑乘（与）# i = # j AND # kG65H13异或# i = # j XOR # kG65H21平方根# i = G65H22绝对值# i = |# j |G65H23取余数# i = # j -trunc(#j# k)kG65H24十进制变为二进制# i = BIN(# j )G65H24二进制变为十进制# i = BCD(# j )G65H25复合乘除运算# i = # i# j# kG65H26复合平方根# i = G65H31正弦# i = # jSIN(# k)G65H32余弦# i = # jCOS(# k)G65H33正切# i = # jTAN(# k)G65H34反正切# i = ATAN(# j / # k)G65H80无条件转移转向NG65H81条件转移1IF# j = # k，GOTONG65H82条件转移2IF# j # k，GOTONG65H83条件转移3IF# j # k，GOTONG65H84条件转移4IF# j # k，GOTONG65H85条件转移5IF# j # k，GOTONG65H86条件转移6IF# j # k，GOTONG65H99产生P/S报警产生500+N 号P/S报警不同的数控系统宏指令功能不完全相同例如：1） 变量的赋值：# I = # JG65 H01 P#I Q#J（例）G65 H01 P# 201 Q1005； （#201 = 1005）G65 H01 P#201 Q#210； （#201 = #210）G65 H01 P#201 Q-#202； （#201 = -#202）2）加法运算：# I = # J+# KG65 H02 P#I Q#J R#K（例）G65 H02 P#201 Q#202 R15； （#201 = #202+15）五、宏指令的应用：在数控车床系统的宏指令主要用在非圆曲线（如椭圆和公式曲线加工上，也可以用在一些特殊场合如自动送料，变距螺纹斜进刀的计算上等。）1）凸椭圆加工在数控车床加工椭圆多数采用极坐标方程式，当然也可以采用标准方程式。用宏指令编程关键是：一、确定变量建立方程式，二、变量取值范围，三、坐标点转换。确定变量建立方程式以编程简单为依据，如椭圆加工多数采用参数方程式，假设编程零点和椭圆中心重合时椭圆的方程式如下：Z= acosX= 2bsin其中a为椭圆长半轴（Z轴向），b为椭圆短半轴（X轴向），为椭圆的圆心角，在数控车床上编程为直径编程，所以X应直径值，变量为椭圆圆心角。椭圆起始角不是CAB而是把BC延长至以椭圆中心为圆心长轴为直径的圆上，DAB才是椭圆的起始角(如图3)，也可通过公式计算出来。椭圆起始角1=arccos椭圆在起点象限的投影长度/椭圆长半轴长度1=arcos(29.814/2)/20 = arcos0.74535 41.811和图3标注相近，椭圆终止角也可用上述公式计算出来，但必须注意终止角是钝角。2=180 -arcos(29.814/2)/20 180 -41.811 =138.189 也可以用短半轴的数值计算出来：1=arcsin10/15=41.810 用手工计算和电脑绘图两种方法得出的结果相近，主要原因是椭圆方程式是近似方程式，读者可以根据个人习惯和已知条件算出椭圆的起、终角。用宏指令编写的非圆曲线加工程序，实际上是用直线段去逼近精加工轮廓。宏程序可以方便的计算出逼近轮廓的节点。还可以改变步距角或增量值来修整表面粗糙度。步距角或增量值越小表面粗糙度值越小。如用宏指令编写图1精加工程序。材料为铝合金，实物为图2。图1图2用CAD软件转变图纸尺寸如图3所示。图3O12N10M03 S1主轴高速启动1600rad/minN20M08 T0101开冷却液1#号刀转到切削位置执行1#刀补N30G00 X20 Z3快速接近工件N40G01 Z-10.093F150车外圆至椭圆起点N50G65 H1 P#210 Q15000短半轴长15mmN60G65 H1 P#211 Q20000长半轴长20mmN70G65 H1 P#200 Q-200递减0.2度N80G65 H1 P#201 Q-41811起始角-41.811度N90G65 H1 P#202 Q-138189终止角-138.189度N100G65 H2 P#201 Q#201 R#202i=(i-1)-0.2N110G65 H83 P130 Q#201 R#200起始角小于终止角时执行N130N120G65 H1 P#201 Q#202把终止角赋值给起始角N130G65 H31 P#204 Q#210 R#201X=bsinN140G65 H32 P#205 Q#211 R#201Zi=cosN150G65 H4 P#206 Q#204 R22XN160G65 H3 P#207 Q#205 R25000Z坐标转换N170G01X-#206 Z#207 F300刀具进给加工N180G65 H83 P100 Q#201 R#202终点判别，如果起始角大于终止角执行N100N190G01 Z-48 F150车外圆N200 X33 车端面N200G00 X120 Z60返回起始点关冷却液N210M05 T0100关主轴取消1#刀补N220M30程序结束写宏程序时终点判别是非常必要的，是不可缺少的，如O12程序的N110、N180由于终止角小于起始角，所以终点判别是大于终止角时刀具进给加工一次，为了能够准确的到达F点特别按排了N120程序段，因为在计算第i步的圆心角可能超过终止角一个步距角0.2度，有了N180程序段时每次都非常准确的到达F点(20,-39.907)，读者可以在N180后加一段M00进行验证。2）凹椭圆加工用宏指令编写图4精加工程序。材料为铝合金，实物为图6。 图4用CAD软件转变图纸尺寸如图5。图5N10M03 S1主轴高速启动1600rad/minN20M08 T0101开冷却液1#号刀转到切削位置执行1#刀补N30G00 X15.086 Z3快速接近工件N40G01 Z0 F150切削端面至椭圆起点 N50G65 H1 P#210 Q15000短半轴长15mmN60G65 H1 P#211 Q30000长半轴长30mmN70G65 H1 P#200 Q200递增0.2度N80G65 H1 P#201 Q74534起始角74.534度N90G65 H1 P#202 Q147768 终止角147.768度N100G65 H2 P#201 Q#201 R#200i=(i-1)+0.2N110G65 H84 P130 Q#201 R#202起始角小于终止角时执行N130N120G65 H1 P#201 Q#202把终止角赋值给起始角N130G65 H31 P#204 Q#210 R#201X=bsinN140G65 H32 P#205 Q#211 R#201Zi=cosN150G65 H4 P#206 Q#204 R22XN160G65 H3 P#207 Q#205 R8000Z坐标转换N170G65 H2 P#206 Q#206 R44000X坐标转换N180G01X-#206 Z#207 F200刀具进给加工N190G65 H84P100 Q#201 R#202终点判别，如果起始角小于终止角执行N100N200G01 Z-43 F150车外圆N210 X32 车端面N220G00 X120 Z60 M09返回起始点关冷却液N230M05 T0100关主轴取消1#刀补N240M30程序结束图6精加工程序如下：3)加工公式曲线编写图7Z=-X2/5的精加工程序。图7图8以Z为变量的精加工程序：O15N10M03 S1主轴高速启动1100rad/minN20M08 T0101开冷却液1#号刀转到切削位置执行1#刀补N30G00 X20.183 Z3快速接近工件N40G01Z0 F100切削到端面N50G65 H1 P#200 Q23800Z向总值N60G65 H3 P#200 Q#200 R200Zi=Z-0.2N70G65 H4 P#201 Q#200 R50005ZiN80G65 H21 P#202 Q#201Xi=-5 Zi开根号N90G65 H4 P#203 Q#202 R22XiN100G65 H3P#204 Q42000 R#203X转换N110G65 H3 P#205 Q#23800 R#200Z转换N120G01 X#204 Z-#205 F200刀具进给加工N130G65 H84 P60 Q#204 R42000终点判别，如果X42mm执行N60N140G01 X48 F100车端面N150G00 X120 Z60 M09返回起始点关冷却液N160M05 T0100关主轴取消1#刀补N170M30程序结束以X为变量的精加工程序：O16N10M03 S1主轴高速启动1100rad/minN20M08 T0101开冷却液1#号刀转到切削位置执行1#刀补N30G00 X20.183 Z3快速接近工件N40G01 Z0 F150切削到端面N50G65 H1 P#200 Q10909X赋值N60G65 H2 P#200 Q#200 R-200Xi=X-0.2N70G65 H4 P#202 Q#200 R#200XiN80G65 H5 P#203 Q#202 R-5000-Xi/5N90G65 H4 P#204 Q#200 R22XiN100G65 H3 P#205 Q42000 R#204X坐标转换N110G65 H3 P#207 Q23800 R#203Z坐标转换N160G01 X#205 Z#207 F200刀具进给加工N170G65 H86 P60 Q#205 R42000终点判别，如果X42mm执行N60N180G01 X48 F150车端面N200G00 X120 Z60 M09返回起始点关冷却液N210M05 T0100关主轴取消1#刀补N220M30程序结束对于公式曲线以X或Z为变量都可以，读者可以根据个人习惯自行设定变量。4)加工变距螺纹 斜进刀加工梯形变距螺纹公称直径40起始螺距为4递增0.3长115刀尖角为30图9O17N10M03 S2主轴高速启动550rad/minN20M08 T0101开冷却液1#号刀转到切削位置执行1#刀补N30G0 X50 Z7.1快速定位接近工件N40G65 H01 P#200 Q0 X向进刀量，初始值为0N50G65 H01 P#207 Q0 Z向偏移量，初始值为0N60G65 H01 P#202 Q400X向每次进刀量定义为0.4mmN70G65 H01 P#208 Q4000X向切削深度定义为4mmN80G65 H01 P#209 Q50000X向螺纹切削起点定义为50mmN90G65 H01 P#210 Q10000X向起点定位- 螺纹外径 = 50-40=10mmN100G65 H01 P#203 Q15000 刀尖角度的一半等于15度N110G65 H01 P#206 Q5000