例析宏程序的手工编制
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摘要：手工编程是指利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。文章以FANUC 0i—MC系统的数控加工中心中的“椭圆”和“正弦曲线”两种曲线为例，分析宏程序的手工编制过程与技巧。
关键词：数控技术；手工编程；宏程序
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）02-0158-02
随着我国现代制造技术的发展，数控机床的应用逐渐普及，从业人员也在不断增加，数控加工越来越受到人们重视。数控程序编制的效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产效率，它既是数控技术的重要组成部分，也是其关键技术之一。在我国，相当多的数控铣床（包括加工中心）应用在模具行业，大部分模具厂应用CAD/CAM软件，手工编程、宏程序应用的空间日趋缩小。究其原因就是大家对手工编程不重视，对宏程序不熟悉。其实，手工编程是自动编程的基础，宏程序是手工编程的高级形式和精髓，也是手工编程的最大亮点和最后堡垒。同时，编制简洁合理的数控宏程序有非常重大的现实意义，既能锻炼从业人员的编程能力，又能解决自动编程在生产实际中的不足。
自动编程软件生成的程序少则上千行，多则几万行，可读性差，不容易理解，且存储容量大，一般机床的内存无法满足要求，只能用DNC方式进行在线加工。但宏程序可以弥补这种不足，它结构严谨、分析方便、可读性好、短小精悍。宏程序结合了机床功能和数控指令系统的特点，融入编程人员的智慧。编程人员根据零件的几何信息建立相应的数学模型，采用模块化的程序设计思想进行编程，除了便于调用外，还使编程人员从繁琐的、大量的重复性工作中解脱出来，这是任何自动编程软件都不能达到的效果。因为在自动编程软件中，当零件的几何参数改变时，都要重新建模，重新设置加工参数，重新生成数控程序。
尽管宏程序有诸多优点，但很多初学者往往不易理解，且要求编程人员有相应的数学基础。所以，在教学过程中，如何让学生结合所学的数学知识理解和掌握宏程序，成为编制宏程序的一个重要前提。首先让学生明白宏程序编制的基本方法——微分法，即将要编制的曲线微分成一个个很小的直线段，以此进行拟合所要编制的曲线。正如砌圆弧形的房子，需要方砖一样。在此以FANUC 0i—MC系统的数控加工中心为例，分析宏程序的手工编制。
一、椭圆
椭圆是二次曲线中最典型的曲线，首先以椭圆为例讲解宏程序的编制，如图1。
在对椭圆进行编程时，首先要学生明确椭圆的标准方程及参数方程，可从加工的要求或图纸上的标注中得到椭圆的方程，再利用椭圆的方程或参数方程进行编程。椭圆的标准方程为X2/a2+y2/b2=1，椭圆的参数方程为X=a*COSθ、Y=b*SINθ。式中，a、b分别为椭圆的长轴和短轴的长度，θ为椭圆上的点和椭圆的中心的连续与X轴间的夹角。为此，可在教学过程中这样引导学生：椭圆是由若干条首尾相接的一条条小线段组成，小线段的端点与椭圆中心的连线与X轴间形成夹角，正是由这些从零度递增到360O或由从360O递减到零度的点形成了椭圆。让学生有了这样的认识后进一步分析，在椭圆的参数方程中，只有θ角不断变化。正是由于θ角的变化而得到小线段的另外一个端点，对椭圆的编程就是编制这一条条小线段拟合的轨迹。为此，可将这个不断变化的θ角设定为一个变量，并且随θ角的不断变化进行小线段的加工，从而得到椭圆的加工轨迹。
二、正弦曲线
如图2，要求加工一个深度为2mm、振幅为10的正弦曲线的外轮廓。
在教学过程中，可以引导学生分析，该外轮廓的左右形状相同，编程时只要写出其中一条正弦曲线的程序作为子程序，在加工时调用就可以了。加工正弦曲线子程序编程思路：编写该程序时仍然使用微分的方法，可将该曲线沿Y轴方向分成1000条线段，用直线拟合该曲线，每段直线在Y轴方向的间距为0.1mm。与此同时，进一步地引导学生分析，对于正弦曲线来讲，从正弦曲线的起点到终点刚好为一个周期，对应的角度从零度逐步增加到360O，在对该正弦曲线进行微分时，从零度增加到360O的角度也会变化，相对应正弦曲线的角度增加3600/1000；根据正弦曲线的曲线方程X=65+10sinα计算出每一线段终点的X坐标值。设#100为起点的角度，#102为正弦曲线离中心的距离，#103为起点的Y坐标值。子程序的编制如下：
宏程序是数控加工必不可少的编程方法，只要掌握了宏程序的编程原理，对规则几何图形建立数学模型，就能解决实际加工中各种几何形状规则零件的加工和“疑难杂症”。宏程序编制简单，通用性强，加工效率高，在数控加工中有着广泛的应用。
参考文献：
[1]韩鸿鸾，荣维芝.数控机床加工程序的编制[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]袁锋.数控车床培训教程[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]BEIJING-FANUC Series0—TD操作说明书[Z].