宏程序数控编程在中小机加工企业的应用研究

杨 锋，王建军，武秋俊，张倩涵，王晋涛

（河北机电职业技术学院，河北 邢台 054000）

数控宏程序是带宏变量的数控程序，宏程序不仅可以用在数控编程加工，如加工形状类似，大小不同；
形状相同，位置不同以及特殊公式曲线的图形；
还可以用在自动化控制方面，如机械手换刀、在线测量等，因此在中小企业应用范围较广。

一些中小企业使用使用的加工中心，多采用盘式刀库，由于加工中心刀库电机功率和刀位尺寸的影响，对刀具的直径和重量都有限制，但是实际数控加工时，为提高加工效率和加工精度，总会选择大直径和长度镗刀刀具，这些刀具找出标准刀库要求，因此刀具只能手工更换，这样不经济也不安全。

通过在加工中心工作台上安装镗刀刀架，设计镗刀刀架的宏程序控制，实现镗刀的自动换刀，以提高生产效率和设备自动化程度。

考虑到机床工作台尺寸、机床工作行程和箱体加工工艺要求，设计可安装两个镗刀刀座的镗刀刀架、刀座装有开口卡簧以实现自动换刀。刀架安装在机床工作的左上角，编制控制宏程序前要调试两个镗刀刀座的机械坐标位置。在自动换刀时，采用M06 和G65 两种代码实现。一种是加工中心换刀库刀，指令M06Tk（k 为刀号）；
另一种是加工中心换镗刀刀架刀，若主轴上有刀库刀，先使用M06 把主轴刀还刀刀库，再调用宏程序功能换刀。

镗刀换刀取刀和还刀两个环节，取刀就是把镗刀从镗刀刀架取到主轴上，取刀前保证主轴无任何刀具、还有取那一把镗刀（通过宏程序调用变量）给定。具体工作过程是Z 轴回到换刀原点、主轴准停完成后，移动到镗刀刀座圆心坐标正上方400mm，Z轴移动刀柄合适位置，主轴松刀，主轴继续缓慢下移，与刀柄配合完好，等待2 秒，主轴紧刀，抓取镗刀沿Y 轴负方向移动适当距离脱离镗刀刀架，回到换刀点，取刀结束。还刀是把镗刀从主轴还回镗刀刀架，沿取刀过程逆序完成。

4.1 宏变量

宏变量就是带有#后面跟1～4 为数字的变量号，例 #20，#500 等，FANUC 宏变量分为空变量、局部变量、公共变量和系统变量如表1、系统变量分为保持性公共变量和模态变量等，变量分配见表1。

表1 Fanuc 宏变量表

#100～#199非保持公共变量在不同宏程序数据相同，断电初始化为空#500 可设置为刀架上的镗刀刀号，刀号在机床断电位置保持#2000～#2499#500～#999保持型公共变量在不同宏程序数据相同，断电数据不丢失刀补系统变量存储刀具的长度和磨损补偿#2201 表示 1 号刀刀具长度补偿#4001～#4120模态变量G 代码的模态指令#4001（G00/G01模态），#4120 主轴刀具刀号#5001～#5101 位置信息#5021-#5024 机床坐标当前位置刀具的机床坐标和工件坐标

4.2 相关指令

（1）宏调用指令格式G65 Pm Ln〈自变量赋值〉，m 表示程序名，n 表示调用次数，自变量赋值见表2，G65 按照表2 的规定，将自变量的实际数值调到相应的程序体中。例：G65P8004T81 就是调用O8004 子程序，在O8004 子程序内部#20=81。

表2 自变量赋值表

（2）G53 指令格式（G90）G53X_Y_Z_;功能：将主轴移动到镗刀刀架已调试好的换刀位置（机床坐标系的XYZ 位置）。

（3）#3000 报警屏幕上显示报警号和报警信息，报警号为#3000 的值加上3000例：#3000=3（Tool Number error），报警触发后屏幕显示3003Tool Number error

宏程序设计分为4 个程序，一个主程序O8004，其他3 个子程序嵌套在主程序里，分别还刀子程序O8005、取刀子程序O8006 和刀架刀座圆心坐标子程序O8007。调用方式取1 号镗刀G65P8004T81，取2 号镗刀G65P8004T82，还刀不取刀G65P8004。

5.1 主程序O8004

（1）模态保护和恢复。

#2=#4001(模态点定位还是直线插补G00/G01)

#3=#4003 (模态绝对坐标还是增量坐标G90/G91)

#4=#4109(进给速度)

G#2#3F#4；
（恢复模态）

（2）标志位 #500，#4120 和 #20 的含义。

#4120≠0？（表示主轴上有刀库刀），条件成立，主轴上有刀库换镗刀，报错结束。

#500=0？（主轴上没有刀架的镗刀），条件成立，主轴没有镗刀，不用还刀直接取刀。

#20=#0？宏调用指令是G65P8004，则#20=#0；
主轴的镗刀还回镗刀刀架后不取刀；
指令G65P8004T81，则 #20=81，根据 #500 的值确定是否还刀，还刀结束后取1 号镗刀；
G65P8004T82，则#20=82，根据#500 的值确定是否还刀，还刀结束后取2 号镗刀。

（3）主程序流程图。

5.2 子程序

（1）还刀子程序O8005。还刀前若#500=81，调用O8007 的1 号镗刀坐标系还刀，若#500=82，调用O8007 的2 号镗刀坐标系还刀，还刀完成后#500=0。

（2）取刀子程序 O8006。G65P8004T81 取 1 号镗刀，完成后#500=81，G65P8004T82 取2 号镗刀，完成后#500=82，G65P8004 只还刀。

（3）镗刀刀座坐标子程序。

O8005(BIG TOOL ATC POSITION DATA)

(T81<-->T82)

IF[#20EQ101]GOTO[101]

IF[#20EQ102]GOTO[102]

GOTO1000

N81(1 号镗刀刀座 XYZ 机床坐标值)

#24=-300.243

#25=-700.236

#26=-1433.134

#7=0.0(Z 轴避让值)

#8=112.(Y 轴避让值)

GOTO100

N82(1 号镗刀刀座XYZ 机床坐标值)

……

N100M99

N1000#3000=3(Tool Number Error)

镗刀刀架的宏程序在机床测试完成后，缩短了单件加工时间，使企业利润增加，并降低了工人劳动强度；
由此得出，宏程序在解决企业数控加工、提高机床自动化程度有着不可替代的作用。