数控车床宏程序编程资料.docx
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数控车床宏程序编程资料
数控宏程序
一．什么是宏程序？
什么是数控加工宏程序？
简单地说，宏程序是一种具有计算能力和决策能力的数控程序。
宏程序具有如下些特点：
1．使用了变量或表达式（计算能力），例如：
（1）G01 X[3+5];有表达式3+5
（2）G00 X4 F[#1];有变量#1
（3）G01 Y[50*SIN[3]] ;有函数运算
2．使用了程序流程控制（决策能力），例如：
（1）IF #3 GE 9;有选择执行命令
……
ENDIF
（2）WHILE #1 LT #4*5 ;有条件循环命令
……
ENDW
二．用宏程编程有什么好处？
1．宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态计算能力，可以加工非
圆曲线，如抛物线、椭圆、双曲线、三角函数曲线等；
2．宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工；
3．宏程序可以完成工艺路径一样，位置不同的系列零件加工；
4．宏程序具有一定决策能力，能根据条件选择性地执行某些部分；
5．使用宏程序能极大地简化编程，精简程序。
适合于复杂零件加工的编程。
一．宏变量及宏常量
1．宏变量
先看一段简单的程序：
G00 X25.0
上面的程序在X轴作一个快速定位。
其中数据25.0是固定的，引入变量后可以写成：
#1=25.0;#1是一个变量
G00 X[#1] ;#1就是一个变量
宏程序中，用“#”号后面紧跟1~4位数字表示一个变量，如#1，#50，#101，……。
变
量有什么用呢？
变量可以用来代替程序中的数据，如尺寸、刀补号、G指令编号……，变量
的使用，给程序的设计带来了极大的灵活性。
使用变量前，变量必需带有正确的值。
如
#1=25
G01 X[#1] ;表示G01 X25
#1=-10;运行过程中可以随时改变#1的值
G01 X[#1] ;表示G01 X-10
用变量不仅可以表示坐标，还可以表示G、M、F、D、H、M、X、Y、……等各种代码后的
数字。
如：
#2=3
G[#2] X30 ;表示G03 X30
例1 使用了变量的宏子程序。
%1000
#50=20;先给变量赋值
M98 P1001;然后调用子程序
#50=350;重新赋值
M98 P1001;再调用子程序
M30
%1001
G91 G01 X[#50] ;同样一段程序，#50的值不同，X移动的距离就不同
M99
2．局部变量
编号#0~ #49的变量是局部变量。
局部变量的作用范围是当前程序（在同一个程序号内）
。
如果在主程序或不同子程序里，出现了相同名称（编号）的变量，它们不会相互干扰，值
也可以不同。
例
%100
N10 #3=30;主程序中#3为30
M98 P101;进入子程序后#3不受影响
#4=#3;#3仍为30，所以#4=30
M30
%101
#4=#3;这里的#3不是主程序中的#3，所以#3=0（没定义），则：
#4=0
#3=18;这里使#3的值为18，不会影响主程序中的#3
M99
3．全局变量
编号#50~ #199的变量是全局变量（注：
其中#100~#199也是刀补变量）。
全局变量的作
用范围是整个零件程序。
不管是主程序还是子程序，只要名称（编号）相同就是同一个变量，
带有相同的值，在某个地方修改它的值，所有其它地方都受影响。
例
%100
N10 #50=30;先使#50为30
M98 P101;进入子程序
#4=#50;#50变为18，所以#4=18
M30
%101
#4=#50; #50的值在子程序里也有效，所以#4=30
#50=18;这里使#50=18，然后返回
M99
为什么要把变量分为局部变量和全局变量？
如果只有全局变量，由变量名不能重复，就
可能造成变量名不够用；全局变量在任何地方都可以改变它的值，这是它的优点，也是它的
缺点。
说是优点，是因为参数传递很方便；说是缺点，是因为当一个程序较复杂的时候，一
宏程序运算符
EQ
NE
GT
GE
LT
LE
数学意义
＝
≠
＞
≥
＜
≤
不小心就可能在某个地用了相同的变量名或者改变了它的值，造成程序混乱。
局部变量的使
用，解决了同名变量冲突的问题，编写子程序时，不需要考虑其它地方是否用过某个变量名。
什么时候用全局变量？
什么时候用局部变量？
在一般情况下，你应优先考虑选用局部变
量。
局部变量在不同的子程序里，可以重复使用，不会互相干扰。
如果一个数据在主程序和
子程序里都要用到，就要考虑用全局变量。
用全局变量来保存数据，可以在不同子程序间传
递、共享、以及反复利用。
刀补变量（#100~#199）。
这些变量里存放的数据可以作为刀具半径或长度补偿值来使
用。
如
#100=8
G41 D100;D100就是指加载#100的值8作为刀补半径。
注意：
上面的程序中，如果把D100写成了D[#100]，则相当于D8，即调用8号刀补，而不是补
偿量为8。
4．系统变量
#300以上的变量是系统变量。
系统变量是具有特殊意义的变量，它们是数控系统内部定
义好了的，你不可以改变它们的用途。
系统变量是全局变量，使用时可以直接调用。
#0~#599是可读写的，#600以上的变量是只读的，不能直接修改。
其中，#300~#599 是子程序局部变量缓存区。
这些变量在一般情况下，不用关心它的
存在，也不推荐你去使用它们。
要注意同一个子程序，被调用的层级不同时，对应的系统变
量也是不同的。
#600~#899 是与刀具相关系统变量。
#1000~#1039 坐标相关系统变量。
#1040~#1143 参考点相关系统变量。
#1144~#1194 系统状态相关系统变量。
（详见：
2．华
中数控系统系统变量一览）
有时候需要判断系统的某个状态，以便程序作相应的处理，就要用到系统变量。
5．常量
PI 表示圆周率， TRUE 条件成立（真）， FALSE 条件不成立（假） 。
二．运算符与表达式
1．算术运算符
加 + ， 减 - ， 乘 * ， 除 /
2．条件运算符
条件运算符用在程序流程控制IF和WHILE的条件表达式中，作为判断两个表达式大小
关系的连接符。
注意：
宏程序条件运算符与计算机编程语言的条件运算符表达习惯不同。
3．逻辑运算符
在IF或WHILE语句中，如果有多个条件，用逻辑运算符来连接多个条件。
AND （且）多个条件同时成立才成立
OR （或）多个条件只要有一个成立即可
NOT （非）取反（如果不是）
例
#1 LT 50 AND #1GT 20 —— 表示：
[#1<50]且[#1>20]
#3 EQ 8 OR #4 LE 10—— 表示：
[#3=8]或者[#4≤10]
有多个逻辑运算符时，可以用方括号来表示结合顺序，如：
NOT[#1 LT 50 AND #1GT 20]——表示：
如果不是“#1<50 且 #1>20”
更复杂的例子，如：
[#1 LT 50 ] AND [#2GT 20 OR #3 EQ 8] AND [ #4 LE 10]
4．函数
正 弦：
SIN[a] 余弦：
COS[a] 正切：
TAN[a] 注：
a为角度，单位是弧度值。
反正切：
ATAN[a] （返回：
度，范围：
-90～＋90）
反正切：
ATAN2[a]/[b] （返回：
度，范围：
-180～＋180） （注:
华中数控暂不支持）
绝对值：
ABS[a]，表示|a|
取 整：
INT[a]，采用去尾取整，非“四舍五入”
取符号：
SIGN[a]，a为正数返回1，0返回0，负数返回-1
开平方：
SQRT[a] ，表示 𝑎
指 数：
EXP[a]，表示𝑒 𝑎
5．表达式与括号
包含运算符或函数的算式就是表达式。
表达式里用方括号来表示运算顺序。
宏程序中不
用圆括号，因圆括号是注释符。
例如 175/SQRT[2] * COS[55 * PI/180 ]
#3*6 GT 14
6．运算符的优先级
方括号 → 函数 → 乘除 → 加减 → 条件 → 逻辑
技巧：
常用方括号来控制运算顺序，更容易阅读和理解。
7．赋值号 =
把常数或表达式的值送给一个宏变量称为赋值，格式如下：
宏变量 = 常数或表达式
例如 #2 = 175/SQRT[2] * COS[55 * PI/180 ]
#3 = 124.0
#50 = #3+12
特别注意，赋值号后面的表达式里可以包含变量自身，如：
#1 = #1+4 ;此式表示把#1的值与4相加，结果赋给#1。
这不是数学中的方程或等
式，如果#1的值是2，执行#1 = #1+4后，#1的值变为6。
三．程序流程控制
程序流程控制形式有许多种，都是通过判断某个“条件”是否成立来决定程序走向的。
所谓“条件”，通常是对变量或变量表达式的值进行大小判断的式子，称为“条件表达式”。
华中数控系统有两种流程控制命令：
IF——ENDIF，WHILE——ENDW。
1．条件分支 IF
需要选择性地执行程序，就要用IF命令。
格式1：
（条件成立则执行）
IF 条件表达式
条件成立执行的语句组
ENDIF
功能：
条件成立执行IF与ENDIF之间的程序，不成立就跳过。
其中IF、ENDIF称为关键词，不
区分大小写。
IF为开始标识，ENDIF为结束标识。
IF语句的执行流程如图1所示。
例：
IF #1 EQ 10 ；如果#1=10
M99；成立则，执行此句（子程返回）
ENDIF；条件不成立，跳到此句后面
例：
IF #1 LT 10 AND #1 GT 0；如果#1<10 且 #1>0
G01 x20；成立则执行
Y15
ENDIF；条件不成立，跳到此句后面
格式2：
（二选一， 选择执行）
形式：
IF 条件表达式
条件成立执行的语句组
ELSE
条件不成立执行的语句组
ENDIF
例：
IF #51 LT 20
G91G01 X10F250
ELSE
G91G01X35F200
ENDIF
功能：
条件成立执行IF与ELSE之间的程序，不成立就执行ELSE与ENDIF之间的程序。
IF语句
的执行流程如图1所示。
2．条件循环 WHILE
格式：
WHILE 条件表达式
条件成立循环执行的语句
ENDW
功能：
条件成立执行WHILE与ENDW之间的程序，然后返回到WHILE再次判断条件，直到条
件不成立才跳到ENDW后面。
WHILE语句的执行流程如图 1 所示。
例：
#2=30
WHILE #2 GT 0 ;如果#2>0
G91G01X10;成立就执行
#2=#2-3;修改变量，
ENDW;返回
G90 G00 z50;不成立跳到这里执行
WHILE中必须有“修改条件变量”的语句，使得其循环若干次后，条件变为“不成立”
而退出循环，不然就成为死循环。
IF 条件成立？
假
IF 条件成立？
真
假
真
程序 A
WHILE 条件
程序 1
……
程序 N
ENDIF
IF…ENDIF 流程图
ELSE
程序 B
ENDIF
IF…ELSE…ENDIF 流程图
真
程序 1
……
程序 N
假
ENDW
WHILE…ENDW 流程
图
图1 流程控制
四．子程序及参数递传
1．普通子程序
普通子程序指没有宏的子程序，程序中各种加工的数据是固定的，子程序编好后，子程
序的工作流程就固定了，程序内部的数据不能在调用时“动态”地改变，只能通过“镜像”、
“旋转”、“缩放”、“平移”来有限的改变子程序的用途。
例
%4001
G01 X80 F100
M99
子程序中数据固定，普通子程序的效能有限。
2．宏子程序
宏子程序可以包含变量，不但可以反复调用简化代码，而且通过改变变量的值就能实现
加工数据的灵活变化或改变程序的流程，实现复杂的加工过程处理。
例
%4002
G01 Z[#1] F[#50];Z坐标是变量；进给速度也是变量，可适应粗、精加工。
M99
例 对圆弧往复切削时，指令G02、G03交替使用。
参数#51改变程序流程，自动选择。
%4003
IF #51 GE 1
G02 X[#50] R[#50];条件满足执行G02
ELSE
G03 X[-#50] R[#50] ;条件不满足执行G03
ENDIF
#51=#51*[-1];改变条件，为下次做准备
M99
子程序中的变量，如果不是在子程序内部赋值的，则在调用时，就必需要给变量一个值。
这就是参数传递问题，变量类型不同，传值的方法也不同。
3．全局变量传参数
如果子程序中用的变量是全局变量，调用子程序前，先给变量赋值，再调用子程序。
例：
%400
#51=40;#51为全局变量，给它赋值
M98 P401;进入子程序后#51的值是40
#51=25;第二次给它赋值
M98 P401;再次调用子程序，进入子程序后#51的值是25
M30
%401;子程序
G91G01X[#51]F150;#51的值由主程序决定
M99
4．局部变量传参数
问题：
%400
N1 #1=40;为局部变量#1赋值
N2 M98 P401;进入子程序后#1的值是40吗？
M30
%401
N4 G91G01X[#1] ;子程序中用的是局部变量#1
M99
结论：
主程序中 N1 行的#1 与子程序中 N4 行的#1 不是同一个变量，子程序不会接收到 40 这
个值。
怎么办呢？
局部变量的参数传递，是在宏调用指令后面添加参数的方法来传递的。
上面的程序中，
把 N1 行去掉，把 N2 行改成如下形式即可：
N2 M98 P401 B40
比较一下，可知多了个B40，其中B代表#1，紧跟的数字40代表#1的值是40。
这样就把
参数40传给了子程序%401中的#1。
更一般地，我们用G65来调用宏子程序（称宏调用）。
G65 指令：
子程序中的变量
#0
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
#11
#12
传参数用的字母
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
子程序中的变量
#13
#14
#15
#16
#17
#18
#19
#20
#21
#22
#23
#24
#25
传参数用的字母
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
G65 是专门用来进行宏子程序调用的，但在华中数控系统里面，G65 和 M98 功能相同，
可以互换。
宏子程序调用指令G65的格式：
G65 P__ L__ A__ B__ … Z__
P子程序号
L调用次数
A~Z参数，每个字母与一个局部变量号对应。
A对应#0，B对应#1，C对应#2，D对
应#3，……如A20，即#0=20；B6.5，即#1=6.5；其余类推。
换句话说，如果要把数50传给变
量#17，则写R50。
G65代码在调用宏子程序时，系统会将当前程序段各字母（A~Z共26个，如果没有定义则
为零）后跟的数值对应传到宏子程序中的局部变量#0-#25 。
下面列出了宏调用时，参数字母
与变量号的对应关系：
要注意，由于字母G、P、L等已被宏调用命令、子程序号和调用次数占用，所以不能再
用来传递其它任意数据。
传进去的是，G65即#6=65，P401即#15=401（子程序号），L2即
#11=2。
为了便于参数传递，编写子程序时要避免用#6、#15、#11等变量号来接收数据，但
这些变量号可以用在子程序中作为内部计算的中间变量暂存数据。
另外，G65代码在调用宏子程序时，还会把当前九个轴的绝对位置（工件绝对坐标）传入
局部变量#30~#38。
#30~#38与轴名的对应关系由机床制造厂家规定，通常#30为X轴，#31为
Y轴，#32为Z轴。
固定循环指令初始平面Z 模态值也会传给变量#26。
通过#30~#38可以轻易
得到进入子程序时的轴坐标位置，这在程序流程控制中是很有用的。
5．系列零件加工
所谓系列零件加工，是指不同规格的零件，形状基本相同，加工过程也相同，只是尺寸
数据不一样，利用宏程序就可以编写出一个通用的加工程序来。
例1 切槽宏子程序。
%8002
G92X90 Z30
M98 P8001 U10 V50 A20 B40 C3;UVABC对应尺寸变量见下图
G00 X90
Z30
M30
%8001;子程序
G00 Z[-#20];切刀Z向定位
X[#1+5];接近工件,留5毫米距离
#10=#2;#10已切宽度+#2
WHILE #10 LT #21;够切一刀?
G00 Z[-#20-#10];Z向定位
G01 X[#0];切到要求深度
G00X[#1+5];X退刀到工件外
#10=#10+#2-1;修改#10
ENDW
G00 Z[-#21-#20];切最后一刀
G01X[#0]
G00X[#1+5]
M99
例2 根据下面系列零件的图形，编辑精加工轮廓及切断的程序。
轮廓加工用外圆车刀、切
断用切断刀（刀位点在右刀尖）。
工件零点设在右端面。
;工件1主程序：
%1000
M03 S600 T0101
M98 P1001 A8B10C24D20E5F40
T0202
M98 P1002 C24F40
M30
;工件2主程序：
%2000
M03 S600 T0101
M98 P1001 A10B15C28D24E7F50
T0202
M98 P1002 C28F50
M30
;轮廓加工子程序
%1001
G00X0Z3
G01Z0F100
G03X[2*#0]Z[#0]R[#0]
G01X[#2]
W[-#4]
#10= #1- [#2-#3]/2
#11=SQRT[#1*#1-#10*#10]
G02X[#2]W[-2*#11]R[#1]
G01Z[-#5]
U2
G00X[#2+50]Z100
M99
;切断子程序
%1002
G00X[#2+2]Z[-#5]
G01X0.3F30
G00X[#2+50]
Z100
M99
6．高级参考
在子程序中，可能会改变系统模态值。
例如，主程序中的是绝对编程（G90），而
子程序中用的是相对编程（G91），如果调
用了这个子程序，主程序的模态就会受到影
响。
当然，对于简单的程序，你可以在子程
序返回后再加一条G90指令变回绝对编程。
但是，如果编写的子程序不是你自己用，别
人又不知道你改变了系统模态值，直接调用
就有可能出问题。
有没有办法，使子程序不
影响主程序的模态值呢？
简单的办法就是，
进入子程序后首先把子程序会影响到的所有
模态用局部变量保存起来，然后再往后执行，
并且在子程序返回时恢复保存的模态值。
看
下面的例子
例
%102
;不管原来是什么状态，先记录下来
#45=#1162 ; 记录第12 组模态码#1162
是G61 或 G64?
#46=#1163 ; 记录第13 组模态码#1163
是G90 或 G91?
;现在可以改变已记录过的模态
G91 G64;用相对编程G91 及连续插补
方式G64
……;这里是其它程序
;子程序结束前恢复记录值
G[#45] G[#46] ;恢复第12 组13 组模态
M99
由此可见，系统变量虽然是不能直接改
写的，但并不是不能改变的。
系统模态值是
可以被指令改变的。
固定循环也是用宏程序实现的，而且固
定循环中它改变了系统模态值，只是在固定
循环子程序中采用了保护措施，在固定循环
宏子程序返回时，恢复了它影响过的系统模
态，所以外表看它对系统模态没有影响。
这
可以通过分析系统提供的固定循环宏程序看
出来。
对于每个局部变量，还可用系统宏AR[]来判别该变量是否被定义，是被定义为增量或绝
对方式。
该系统宏的调用格式如下
AR[#变量号]
返回值：
0 表示该变量没有被定义
90 表示该变量被定义为绝对方式G90
91 表示该变量被定义为相对方式G91
例 下面的主程序%1000 在调用子程序%9990 时设置了I JK 之值，子程序%9990 可分别通
过当前局部变量#8 #9 #10 来访问主程序的I J K 之值
%1000
G92 X0Y0Z0
M98 P9990 I20 J30 K40
M30
%9990
IF [AR[#8] EQ 0] OR [AR[#9] EQ 0] OR [AR[#10] EQ 0]
M99; 如果没有定义I J K 值，则返回
ENDIF
N10 G91; 用增量方式编写宏程序
IF AR[#8] EQ 90 ; 如果I 值是绝对方式G90
#8=#8-#30;将I 值转换为增量方式, #30 为X 的绝对坐标
ENDIF
M99
HNC-21M 子程序嵌套调用的深度最多可以有七层，每一层子程序都有自己独立的局部变
量，变量个数为50 。
当前局部变量为#0-#49， 第一层局部变量为#200-#249 ，第二层局部
变量为#250-#299，第三层局部变量#300-#349 ，依此类推。
在子程序中如何确定上层的局
部变量要依上层的层数而定。
由于通过系统变量来直接访问局部变量容易引起混乱，因此不
提倡用这种方法。
例
%0099
G92 X0 Y0 Z0
N100 #10=98
M98 P100
M30
%100
N200 #10=222;此时N100 所在段的局部变量#10 为第0层#210
M98 P110
M99
%110
N300 #10=333;此时N200 所在段的局部变量#10为第1层#260，即#260=222
;此时N100 所在段的局部变量#10为第0层#210，即#210=98
M99
五．宏编程实例
1．数车编程
（1）函数曲线加工通用宏程序
;任意曲线y=f（x）的加工
;单调区间x由x1变到x2
方法一-----
%1001
#1=x1;初值
#2=f（x1） ;或者写成#2=f（#1）
WHILE #1 LE x2;或者WHILE #1 GE x2
G01 X[#1] Y[#2] ;到下一位置
#1=#1+0.01;X增量0.01
;或者#1=#1-0.01 ;X增量-0.01
#2=f（#1）;计算下个点坐标
ENDW
;......退刀
M30
（实际应用，请用具体表达式代替f（x））
方法二
%1002
#1=x1 ;初值
#3=f（x1） ;或者写成#3=f（#1）
WHILE #1 LE x2;或者WHILE #1 GE x2
#2=#3 ;保存前一个点坐标
#1=#1+0.01 ;X增量0.01
;或者#1=#1-0.01 ;X增量-0.01
#3=f（#1） ;计算下个点坐标
G91 G01 X[0.01] Y[#3-#2] ;到下一位置
ENDW
;......退刀
M30
（2）抛物线车削 1
用宏程序编制如图所示抛
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