数控车FANUC系统宏程序教案.docx
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数控车FANUC系统宏程序教案
宏程序设计
宏程序与子程序类似,对编制相同加工的操作可以使程序简化.同时宏程序中可以使用变量，算术和逻辑运算及转移指令，还可以方便地实现循环程序设计。
使相同加工操作的程序更方便，更灵活。
本章以FANUC系统为例介绍宏程序设计的内容。
12.1变量的定义
宏程序中使用的变量与日常生活中使用的变量不同，变量用符号“#”后跟变量的变量号指定。
变量可分为四种类型。
1.空变量
#0为空变量，该变量不能赋值。
2.局部变量
#1~#33为局部变量，局部变量只能在宏程序中存储数据。
当断电时局部变量被初始化为空，调用宏程序时，自变量对局部变量赋值。
局部变量的数值范围10-29~1047或-1047~-10-29，如果计算结果超过该范围则发出P/S报警No.111。
3.公共变量
#100~#199、#500~#999为公共变量，公共变量在不同的宏程序中意义相同。
当断电时，变量#100~#199被初始化为空，变量#500~#999的数据不会丢失。
全局变量的数值范围10-29~1047或-1047~-10-29，如果计算结果超过该范围则发出P/S报警No.111。
4.系统变量
#1000~为系统变量，系统变量用于读和写CNC运行时的各种数据，如刀具的当前位置和补偿值等。
5.变量与地址（自变量）的对应关系
系统可用两种形式的自变量指定，表12-1为自变量指定I的自变量与变量的对应关系。
表12-2为自变量指宾II的自变量与变量的对应关系。
表12-1自变量指定I的变量对应关系
地址（自变量）
变量号
地址（自变量）
变量号
地址（自变量）
变量号
A
#1
I
#4
T
#20
B
#2
J
#5
U
#21
C
#3
K
#6
V
#22
D
#7
M
#13
W
#23
E
#8
Q
#17
X
#24
F
#9
R
#18
Y
#25
H
#11
S
#19
Z
#26
在自变量指定I中，G、L、O、N、P不能用，地址I、J、K必须按顺序使用，其它地址顺序无要求。
举例：
G65P3000L2B4A5D6J7K8正确（J、K符合顺序要求）
在宏程序中将会把4赋给#2，把5赋给#1，把6赋给#7，把7赋给#5，把8赋给#6
举例：
G65P3000L2B3A4D5K6J5不正确（J、K不符合顺序要求）
表12-2自变量指定II的变量对应关系
地址（自变量）
变量号
地址（自变量）
变量号
地址（自变量）
变量号
A
#1
K3
#12
J7
#23
B
#2
I4
#13
K7
#24
C
#3
J4
#14
I8
#25
I1
#4
K4
#15
J8
#26
J1
#5
I5
#16
K8
#27
K1
#6
J5
#17
I9
#28
I2
#7
K5
#18
J9
#29
J2
#8
I6
#19
K9
#30
K2
#9
J6
#20
I10
#31
I3
#10
K6
#21
J10
#32
J3
#11
I7
22
K10
#33
自变量指定II使用A、B、C和1次，使用I、J、K各10次。
系统能够自动识别自变量指定I和自变量指定II并赋给宏程序中相应的变量号。
如果自变量指定I和自变量指定II混合使用，则后指定的自变量类型有效。
举例：
G65A1.0B2.0I-3.0I4.0D5.0p1000
宏程序中：
#1:
1.0
#2:
2.0,
#3:
#4:
-3.0
#5:
#6:
#7:
5.0
说明：
I4.0为自变量指定II，D为自变量指定I，所以#7使用指定类型中的D5.0，而不使用自变量指定II中的I4.0。
6.本级变量#1～#33
作用于宏程序某一级中的变量称为本级变量，即这一变量在同一程序级中调用时含义相同，若在另一级程序（如子程序）中使用，则意义不同。
本级变量主要用于变量间的相互传递，初始状态下未赋值的本级变量即为空白变量。
局部变量#1~#33（一个宏程序中的同名变量）从0到4级，主程序是0级。
每调用一个含有同名变量的宏程序，级别加1，前一级的变量被保存。
当一个宏程序结束（执行M99）时，级别减1。
例如：
主程序宏程序宏程序宏程序宏程序
（0级）（1级）（2级）（3级）（4级）
O0001O0002O0003O0004O0005
#1=1；#1=2#1=3#1=4#1=5
G65P2A2；G65P3A3G65P4A4G65P5P5……
……………………M99
M30M99M99M99
12.2变量的运算
对宏程序中的变量可以可以进行算术运算和逻辑运算。
1.算术运算
可以进行加、减、乘、除运算。
运算功能和格式如表12-3所示。
举例：
G00X[#1+#2]
X坐标的值是变量1与变量2之和。
2.三角函数计算
对宏程序中的变量可进行正弦（SIN）、反正弦（ASIN）、余弦（COS）、反余弦（ACOS）、正切（TAN）、反正切（ATAN）函数运算。
三角函数中的角度以度为单位。
运算功能和格式如表12-3所示。
表12-3变量运算功能表
类型
功能
格式
举例
备注
算
术
运
算
加法
#i=#j+#k
#1=#2+#3
常数可以代替变量
减法
#i=#j-#k
#1=#2-#3
乘法
#i=#j*#k
#1=#2*#3
除法
#I=#j*#k
#1=#2/#3
三
角
函
数
运
算
正弦
#i=SIN[#j]
#1=SIN[#2]
角度以度指定35°30’
表示为35.5
常数可以代替变量
反正弦
#i=ASI[#j]
#1=ASIN[#2]
余弦
#i=COS[#j]
#1=COS[#2]
反余弦
#i=ACOS[#j]
#1=ACOS[#2]
正切
#i=TAN[#j]
#1=TAN[#2]
反正切
#i=ATAN[#j]
#1=ATAN[#2]
其
它
函
数
运
算
平方根
#i=SQRT[#j]
#1=SQRT[#2]
常数可以代替变量
绝对值
#i=ABS[#j]
#1=ABS[#2]
舍入
#i=ROUN[#j]
#1=ROUN[#2]
上取整
#i=FIX[#j]
#1=FIX[#2]
下取整
#i=FUP[#j]
#1=FUP[#2]
自然对数
#i=LN[#j]
#1=LN[#2]
指数对数
#i=EXP[#j]
#1=EXP[#2]
逻辑
运算
与
#i=#jAND#k
#1=#2AND#2
按位运算
或
#i=#jOR#k
#1=#2OR#2
异或
#i=#jXOR#k
#1=#2XOR#2
转换运算
BCD转BIN
#i=BIN[#j]
#1=BIN[#2]
BIN转BCD
#i=BCD[#j]
#1=BCD[#2]
对于反反正弦（ASIN）取值范围如下：
当参数（No.6004#0）NAT位设为0时：
270°~90°
当参数（No.6004#0）NAT位设为1时：
-90°~90°
当#j超出-1~1时发出P/S报警No.111。
对于反余弦（ACOS）的取值范围如下：
取值范围180°~0°
当#j超出-1~1时发出P/S报警No.111。
对于反正切（ATAN）的取值范围如下：
当参数（No.6004#0）NAT位设为0时：
0°~360°
当参数（No.6004#0）NAT位设为1时：
-180°~180°
3.其它函数计算
对宏程序中的变量还可以进行平方根（SQRT）、绝对值（ABS）、舍入（ROUN）、上取整（FIX）、下取整（FUP）、自然对数（LN）、指数（EXP）运算。
运算功能和格式如表12-3所示。
对于自然对数LN[#j]，相对误差可能大于10-8。
当#j≤0时，发出P/S报警No.111。
对于批数函数EXP[#j]，相对误差可能大于10-8。
当运算结果大于3。
65×1047（j大约110）时，出现溢出并发出P/S报警No.111。
对于取整函数ROUN[#j]，根据最小设定单位四舍五入。
例如，假设最小设定单位为1/1000mm，#1=1.2345,则#2=ROUN[#1]的值是1.0。
对于上取整FIF[#j]，绝对值值大于原数的绝对值。
对于下取整FUP绝对值小于原数的绝对值。
例如，假设#1=1.2，则#2=FIX[#1]的值是2.0。
假设#1=1.2，则#2=FUP[#1]的值是1.0。
假设#1=-1.2，则#2=FIX[#1]的值是-2.0。
假设#1=-1.2，则#2=FUP[#1]的值是-1.0。
4.逻辑运算
对宏程序中的变量可进行与、或、异或逻辑运算。
逻辑运算是按位进行。
运算功能和格式如表12-3所示。
5.数制转换
变量可以在BCD码与二进制之间转换。
6.关系运算
由关系运算符和变量（或表达式）组成表达式。
系统中使用的关系运算符如下。
（1）等于（EQ）
用EQ与两个变量（或表达式）组成表达式，当运算符EQ两边的变量（或表达式）相等时，表达式的值为真，否则为假。
例如，#1EQ#2，当#1与#2相等时，表达式的值为真。
（2）不等于（NE）
用NE与两个变量或表达式组成表达式，当运算符NE两边的变量（或表达式）不相等时，表达式的值为真，否则为假。
例如，#1NE#2，当#1与#2不相等时，表达式的值为真。
（3）大于等于（GE）
用GE与两个变量或表达式组成表达式，当左边的变量（或表达式）大于或等于右边的变量（或表达式）时，表达式的值为真，否则为假。
例如，#1GE#2，当#1大于或等于#2时，表达式的值为真。
否则为假。
（4）大于（GT）
用GT与两个变量或表达式组成表达式，当左边的变量（或表达式）大于右边的变量（或表达式）时，表达式的值为真，否则为假。
例如，#1GT#2，当#1大于#2时，表达式的值为真。
否则为假。
（5）小于等于（LE）
用LE与两个变量或表达式组成表达式，当左边的变量（或表达式）小于或等于右边的变量（或表达式）时，表达式的值为真，否则为假。
例如，#1LE#2，当#1小于或等于#2时，表达式的值为真。
否则为假。
（6）小于（LT）
用LT与两个变量或表达式组成表达式，当左边的变量（或表达式）小于右边的变量（或表达式）时，表达式的值为真，否则为假。
例如，#1GE#2，当#1大于#2时，表达式的值为真。
否则为假。
7.运算优先级
运算符的优先顺序是
（1）函数。
函数的优先级最高。
（2）乘、除、与运算。
乘、除、与运算的优先级次于函数的优先级。
（3）加、减、或、异或运算。
加、减、或、异或运算的优先级次于乘、除、与运算。
乘、除、与运算的优先级。
（4）关系运算。
关系运算的优先级最低。
用方括号可以改变优先级，括号不能超过5层。
超过5层时，发出P/S报警No.111。
8.变量值的精度
变量值的精度为8位十进制数。
例如，用赋值语句#1=9876543210123.456时，实际上#1=9876543200000.000。
用赋值语句#2=9876543277777.456时，实际上#1=9876543300000.000。
12.3宏程序结构
宏程序从结构上可以有顺序结构、分支结构和循环结构。
本节介绍分支和循环结构的实现方法。
1.无条件转移（GOTO）
格式：
GOTOn；n为顺序号（1~9999）
例如，GOTO6；
语句组
N6G00X100；
执行GOTO6语句时，转去执行标号为N6的程序段。
2.条件转移（IF）
格式：
IF[关系表达式]
GOTOn；
例如，IF[#1LT30]
GOTO7
语句组
N7G00X100X5
如果#1大于30，转去执行标号为N7的程序段，否则执行GOTO7下面的语句组。
3.条件转移（IF）
格式：
IF[表达式]THEN
THEN后只能跟一个语句。
例如，IF[#1EQ#2]THEN#3=0;
当#1等于#2时，将0赋给变量#3。
4.循环（WHILE）
格式：
WHILE[关系表达式]DOm;
语句组；
ENDm；
当条件表达式成立时执行从DO到END之间的程序，否则转去执行END后面的程序段。
例如，#1=5；
WHILE[#1LE30]DO1；
#1=#1+5；
G00X#1Y#1；
END1；
M99；
当#1小于等于30时，执行循环程序，当#1大于30时结束循环返回主程序。
12.4宏程序的调用与返回
1.宏程序的简单调用
宏程序的简单调用是指在主程序中，宏程序可以被单个程序段单次调用。
调用指令格式：
G65 P（宏程序号） L（重复次数）（变量分配）
其中：
G65——宏程序调用指令
P（宏程序号）——被调用的宏程序代号；
L（重复次数）——宏程序重复运行的次数，重复次数为1时，可省略不写；
（变量分配）——为宏程序中使用的变量赋值。
宏程序与子程序相同的一点是，一个宏程序可被另一个宏程序调用，最多嵌套4层。
2.宏程序的开始与返回
宏程序的编写格式与子程序相同。
其格式为：
O0010（0001～8999为宏程序号）//程序名
N10 ……//指令
……
N30M99//宏程序结束
宏程序以程序号开始，以M99结束。
12.5宏程序应用举例
例1：
加工如图12-1所示的椭圆表面，材料为中碳钢。
由于一般的数控系统无椭圆插补功能，手工编程可用宏程序实现编程计算。
本例使用Ø20键槽铣刀分两层铣削，每一次切削深度为5mm。
按刀具刀具轨迹编程。
图12-1椭圆轮廓图
主程序
O0001
N0001G92X0.0Y0.0Z150.0；工件坐标系原点设在工件中心距顶面上
N0002M03S300；主轴正转，转速
N0003G00X-80.0；刀具移至椭圆左端点处
N0004G00Z1.0；快速接近工件
N0005G01Z0.0F100.0慢速接近工件
N0006G65P0100A80.0B50.0C-5.0椭圆长半轴为80，短半轴为50。
Z向进刀5mm
N0007G65P0100A80.0B50.0C-10.0椭圆长半轴为80，短半轴为50。
Z向进刀5mm
N0007G00Z150.0；抬刀
N0008G00X0.0Y0.0；刀具回起点
N0009M05；主轴停
N0010M30；程序结束
宏程序
O1000
#10=-#1；#1为长半轴=80，#2为短半轴=50，#10为X坐标
N1000G01Z#3；#3为Z向进刀深度
WHIL[#10LE#1]DO1；X坐标小于等于80循环加工上半椭圆
#11=SQRT[#1*#1-#10*#10]*#2/#1；#11为Y坐标用椭圆公式计算
N1001G01X#10Y#11F100.0；切削进给
#10=#10+0.05；修改X坐标，X+0.05
END1;
#10=#1；#1为长半轴=80，#2为短半轴=50，#10为X坐标
WHIL[#10GE-#1]DO2；X坐标小于等于80循环加工下半椭圆
#11=-SQRT[#1*#1-#10*#10]*#2/#1；#11为Y坐标用椭圆公式计算
N1002G01X#10Y#11F100；切削进给
#10=#10-0.05;修改X坐标，X-0.05
END2;
N1003M99返回主程序
例2：
加工如图12-2所示的凹槽表面。
零件材料为中碳钢。
为保证表面质量，内外轮廓先粗加工后精加工，粗加工内轮廓时刀补半径比刀具半径大0.2mm，作为精加工余量。
精加工的刀补半径与刀具半径相同。
工序卡片和刀具卡片见表12-4和表12-5所示。
图12-2凹槽表面零件
表12-1实例3用刀具卡片
产品名称或代号
数控车实训
零件名称
典型零件3
零件图号
03
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀具直径
mm
备注
1
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心岛轮廓粗第1层
20.0
刀补号1
2
T01
Ø20键槽铣刀
1
深度进刀
20.0
刀补号1
3
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心岛轮廓粗第2层
20.0
刀补号1
4
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心岛轮廓精
20.0
刀补号2
5
T01
Ø20键槽铣刀
1
矩形凹槽第1层
20.0
无刀补
6
T01
Ø20键槽铣刀
1
深度进刀
20.0
无刀补
7
T01
Ø20键槽铣刀
1
矩形凹槽第2层
20.0
无刀补
8
T01
Ø20键槽铣刀
1
异形凹槽第1层
20.0
无刀补
9
T01
Ø20键槽铣刀
1
深度进刀
20.0
无刀补
10
T01
Ø20键槽铣刀
1
异形凹槽第2层
20.0
无刀补
11
T02
Ø8键槽铣刀
1
凹槽外轮廓粗第1层
8.0
刀补号3
12
T02
Ø8键槽铣刀
1
深度进刀
8.0
刀补号3
13
T02
Ø8键槽铣刀
1
凹槽外轮廓粗第2层
8.0
刀补号3
14
T02
Ø8键槽铣刀
1
凹槽外轮廓精
8.0
刀补号4
15
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心处的上斜面
20.0
刀补号2
16
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心处的下斜面
20.0
刀补号2
17
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心处的右斜面
20.0
刀补号2
18
T01
Ø20键槽铣刀
1
中心处的左斜面
20.0
刀补号2
表12-2数控加工工序卡
单位
名称
北华航天工业学院
产品名称或代号
零件名称
零件图号
数控铣实训
典型零件3
03
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O0010
平口钳
XH714
实训中心
工步
工步内容
刀具号
刀具规格
mm
主轴转速
r/min
进给速度
mm/min
切削深度
mm
备注
1
中心岛轮廓粗第1层
T01
Ø20
300
100
6
D1=20.4
2
深度进刀
T01
Ø20
300
50
6
D1=20.4
3
中心岛轮廓粗第2层
T01
Ø20
300
100
6
D1=20.4
4
中心岛轮廓精
T01
Ø20
300
100
12
D2=20.0
5
矩形凹槽第1层
T01
Ø20
300
100
6
6
深度进刀
T01
Ø20
300
50
6
7
矩形凹槽第2层
T01
Ø20
300
100
6
8
异形凹槽第1层
T01
Ø20
300
100
6
9
深度进刀
T01
Ø20
300
50
6
10
异形凹槽第2层
T01
Ø20
300
100
6
11
凹槽外轮廓粗第1层
T02
Ø8
350
80
6
D3=8.4
12
深度进刀
T02
Ø8
350
50
6
D3=8.4
13
凹槽外轮廓粗第2层
T02
Ø8
350
80
6
D3=8.4
14
凹槽外轮廓精
T02
Ø8
350
80
12
D4=8.0
15
中心处的上斜面
T01
Ø20
300
100
计算
D2=20.0
16
中心处的下斜面
T01
Ø20
300
100
计算
D2=20.0
17
中心处的右斜面
T01
Ø20
300
100
计算
D2=20.0
18
中心处的左斜面
T01
Ø20
300
100
计算
D2=20.0
图12-3工步1~工步4的走刀路线图图12-4工步5~工步7的走刀路线图
图12-5工步8~工步10的走刀路线图图12-16工步5~工步7的走刀路线图
图12-3至图12-6给出了有关工步的走刀路线图。
主程序
O0100
N0101G92X0.0Y0.0Z150.0;设定坐标系
N0102M06T01H01;换第1号刀
N0103G00Z1.0M03S300.0;接近工件起动主轴
N0104G00X30.0Y25.0;进入切削起点A
N0105G01Z-6.0F50.0;Z向切入工件（粗加工第1次深度）
N0106G01X15.0Y15.0G42D1F100.0;A-B（D1刀补比实际直径大0.2mm，右刀补）
N0107G65P0200I15.0J15.0;调用切矩形宏程序
N0108G01X30.0Y25.0G40;回切削起点A
N0109G01Z-12.0F50.0;Z向切入工件（粗加工第2次深度）
N0110G01X15.0Y15.0G42D1F100.0;A-B（D1刀补比实际直径大0.2mm，右刀补）
N0111G65P0200I15.0J15.0;调用切矩形宏程序
N0112G01X30.0Y25.0G40;回切削起点A
N0113G01X15.0Y15.0G42D2F100.0;A-B（D2与实际直径相同，精加工）
N0114G65P0200I15.0J15.0;调用切矩形宏程序
N0115G01X30.0Y25.0G40;回切削起点A
N0116G00Z-6.0;抬刀（粗加工第1次深度）
N0117G01X35.0Y29.0;A-B（切削矩形无刀补）
N0118G65P0200I35.0J29.0;调用矩形宏程序
N0119G01X30.0Y25.0回切削起点A
N0120G01Z-12.0F50.0；Z向切入工件（粗加工第2次深度）
N0121G01X35.0Y29.0;A-B（切削矩形无刀补）
N0122G65P0200I35.0J29.0;调用矩形宏程序
N0123G01X30.0Y25.0回切削起点A
N0124G01Z-6.0;切削两端余量（粗加工第1次深度）
N0125G65P0300;
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