一、前言

数控车床加工对象为各种类型的回转面，其中对于圆柱面、锥面、圆弧面、球面等的加工，可以利用直线插补指令和圆弧插补指令完成，但如果遇到加工表面的母线不是圆弧曲线而是非圆曲线（如抛物线曲线、椭圆、双曲线）时，采用常规的数控编程指令，需要计算每个节点的坐标值，不但计算量大，编程速度慢，程序冗长，且容易出错，而数控系统中的用户宏程序编程技术，利用它能够允许使用变量、算术和逻辑运算及条件转移等有利条件，则会使抛物线之类的非圆曲线编程变得简单、清晰，缩短程序编制时间。

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二、宏程序概述

用户宏程序是Fanuc数控系统及类似产品中的特殊编程功能，是指一组带有变量的以子程序形式存储并能实现某种功能的程序。它的的最大特点是可以对变量进行运算，使程序应用更加灵活、方便。

宏程序与普通程。

宏程序与普通程序相比较，有一定的区别，如表一所示：

表一   用户宏程序与普通程序的简要对比

普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适用性。但用户宏程序由于允许使用变量、算术和逻辑运算及条件转移等，使用户能编制各种复杂的零件加工程序，减少了手工编程时进行的数值计算及简化程序等工作，使编制相同加工操作的程序更方便、更容易。

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（一）用户宏程序的变量。

1.变量就是用一个可赋值的代号代替具体的坐标值.普通加工程序直接用数值指定G代码和移动距离；例如，G01  X50.0

F100;

使用用户宏程序时，数值可以直接指定或用变量指定，

如:

#1=50；

#2=100;

G01 X#1 F#2；

当用变量时，变量值可用程序或用MDI 面板操作改变。

2.变量的表示。

一般编程方法允许对变量命名，但用户宏程序不行。变量用变量符号（#）和后面的变量号指定。

例如：#1

表达式可以用于指定变量号。此时，表达式必须封闭在括

号中。

例如：#[#1+#2-12]

3.变量的类型。

变量根据变量号可以分成四种类型（表2）。

表2变量的类型

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（二）宏程序语句与NC语句。

通常把包含有下述内容的程序段称为宏程序语句：

★ 包含算术或逻辑运算（＝）的程序段。

★ 包含控制语句（例如，GOTO,DO,END）的程序段。

★ 包含宏程序调用指令（例如，用G65，G66,G67或其它G

代码，M代码调用宏程序）的程序段。

除了宏程序语句以外的任何程序段都为NC语句。

宏程序语句与NC语句不同，在单程序段运行方式时，根据参数不同，机床可能不停止；在刀具半径补偿方式中宏程序语句段不作为不移动程序段处理。

三、实例分析

例如加工图1所示零件：

由图1可知，零件材料为￠50×120的45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。零件的左端由圆柱面、圆弧面、圆锥面和螺纹组成，在编写程序时只要先计算出基点坐标，然后采用直线、圆弧插补指令、螺纹循环指令即可完成加工程序；而在零件的右端，是加工一段非圆曲线，根据图中所给的公式，可知这是一段抛物线。抛物线与椭圆、双曲线一样，是比较典型的非圆曲线，而非圆曲线的手工编程可采用宏程序进行。

抛物线的节点计算过程比较复杂，加工主要用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，因而在编程前，一是先要考虑抛物线的拟合方式，目前，在手工编程中等步距法直线段逼近非圆曲线由于计算、编程均相对简单而被普遍采用。等步距法（图2）是指在一个坐标轴方向上，将拟合轮廓的总增量(如果在极坐标系中，则指转角或径向坐标的总增量)进行等分后，对设定节点进行坐标值计算的方法。二是粗加工路线的选择。一种是利用较长的直线段或圆弧段逼近非圆曲线，直接用普通的加工方式完成；第二种是利用宏程序进行分层切削或用精车轮廓逐层切削完成。

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图2 非圆曲线的等步距拟合

在抛物线轮廓加工中，在零件右端面设定工件坐标系，零件右端面与轴心线的交点为工件坐标系的零点，抛物线中心与工件坐标系零点重合；采用单一固定循环指令G90进行分层粗切削，利用宏指令来计算G90指令每次的坐标值；而半精加工和精加工采用等步距直线逼近拟合。因而本例的编程过程是：G90方式分层粗加工→抛物面外形粗加工至余量→抛物面外形精加工。

四、加工抛物线轮廓的注意事项

利用数控车床加工抛物线轮廓，应注意以下几点：

(一)在加工过程中，抛物线轮廓的尺寸精度无法直接测量，可通过控制相邻圆柱面的尺寸精度来来完成

（二）车削后工件的精度与编程时所选择的步距有关。步距值越小，加工精度越高；但是减小步距会造成数控系统工作量加大，运算繁忙，影响进给速度的提高，从而降低加工效率。因此，必须根据加工要求合理选择步距，一般在满足加工要求前提下，尽可能选取较大的步距。

（三）利用宏程序编程时,变量的选取非常重要,宏程序加工起点的位置与变量的方向和数值紧密相关。非圆曲线公式中的X和Z坐标任意一个都可以被定义为自变量，一般选择变化范围大的一个作为自变量或根据表达式方便情况来确定X或Z作为自变量。

宏程序是提高数控车床性能的一种特殊功能，利用宏程序编程，可以加工非圆曲线，有效的扩展数控机床的加工范围，提高加工效率和品质，充分发挥机床的使用价值。而且宏程序由于允许使用变量算术和逻辑运算及条件转移，使得编制相同加工操作的程序更方便、更容易。