目前，小內存的數控機床仍然是我國在用機床的主流，如何使加工程序變得簡潔，對現實加工來說，有著很重要的實際意義。本文作者通過實例介紹了數控銑削加工編程中常用的子程序、宏程序、代碼段調用及主軸復合擺動的五軸數控機床的刀具平面轉換的應用等方面的內容，希望能為從事數控加工與編程的讀者提供借鑒。

一、前言

數控編程作為數控加工的關鍵技術之一，其程序的編制效率和質量在很大程度上決定了產品的加工精度和生產效率。尤其是隨著數控加工不斷朝高速、精密方向的發展，提高數控程序的編制質量和效率對于提高制造企業的競爭力有著重要的意義。隨著CAD/CAM軟件的不斷普及應用，數控編程的模式逐漸由自動編程取代手工編程。但CAM軟件編程和手工編程有著各自的特長，且現有的CAM軟件不能滿足所有數控系統的特殊功能，充分結合兩種編程模式，對于提高編程的效率和質量有著重要的意義。由于歷史的原因，國內企業普通數控機床和高精密數控機床并存的局面將持續很長時間，對于傳統的普通數控機床，無法實現高速切削加工，采用高速切削加工的編程策略難以發揮普通數控機床的加工效率，且傳統數控機床普遍內存容量有限，因此合理有效地利用傳統數控機床的特性，結合CAM軟件自動編程和手工編程兩種方式，編制簡潔合理的小容量數控程序，有著非常現實的意義。

二、子程序及宏程序應用

在實際數控加工編程中，充分利用CAM軟件的功能，配合手工編程，如宏程序的應用、代碼段及子程序的調用等，可以充分提高數控編程的效率。

1.用戶子程序應用實例

實際應用中，針對同一產品的多個相同加工特征的情況，以CAM軟件編程或手工編程時，如能充分利用子程序功能，既可減少建模的工作量，也可提高程序的簡潔性，降低程序的錯誤率。在多數數控系統中，子程序調用都有專門的指令，如在FANUC系統中有M98/M99，在DeckelMaho系統中有G14或G22等。如圖1所示的分別是輪廓深度銑削循環、矩形陣列銑削循環、圓形旋轉陣列銑削循環等三種不同的典型銑削循環。圖2則是基于FANUC系統的相應的子程序調用代碼，其中O8001為深度銑削循環子程序調用代碼、O8002為矩形陣列程序代碼、O8003為圓形旋轉陣列的循環銑削子程序調用代碼。

a)深度銑削循環

b)矩形陣列銑削循環 c)圓形陣列銑削循環
圖1 典型銑削循環示意圖

a)深度銑削循環調用

b)矩形陣列子程序調用

c)圓形陣列子程序調用
圖2 相應子程序循環調用示意圖

2. 用戶宏程序應用

早期的普通數控機床系統都具有內存容量小的特征，但數控系統大多都提供用戶宏程序的功能。使用用戶宏程序可以有效地解決比較規則的曲面、圓角、型腔和外形輪廓等加工特征。使用宏程序時，要求思路清楚，語法正確。一般的數控系統提供的宏程序功能由條件判斷語句、邏輯運算、算術運算、循環控制語句、系統變量及用戶變量設置等組成。其基本功能組成描述如下表所示。
用戶宏程序功能組成

如圖3所示的是某產品上部圓角的加工，如果以圓柱銑刀或球頭刀采用直線擬合的方式進行加工時，采用CAM軟件編制此圓角曲面的數控程序，其程序以直線擬合的方式進行加工，程序代碼的容量是傳統數控機床所無法容納的，若采用DNC加工，則存在數據丟失的風險。如果以手工編程方式采用宏程序，采用圓柱立銑刀的刀尖或球頭刀進行該圓角曲面的圓弧插補加工，則程序變得簡潔短小，其程序如圖4b所示，而以CAM軟件進行編程的直線擬合的加工程序代碼如圖4a所示。從圖中可以看出，CAM編制的程序容量較宏程序的容量大得多。如采用相同的加工插補精度，宏程序只需調節＃110用戶變量來調節每層Z軸的加工深度，即可滿足加工精度要求。而以直線擬合加工方式提高精度時，程序容量可能呈倍數增加，傳統數控機床的容量更難以滿足生產要求。同時該程序通過調節＃110用戶變量可滿足粗加工、半精加工和精加工要求，程序的柔性比用CAM軟件編制出的數控程序適應性更好。

用戶宏程序功能組成

圖3 用戶宏程序循環加工示意圖

a)直線擬合加工程序代碼

b)用戶宏程序循環加工程序
圖4 直線擬合與宏程序加工程序代碼對比

3. 程序代碼段調用

如圖5所示，在某臥式銑削加工中心上加工某回轉體零件側面的均布U形槽，如采用CAM軟件編程，即使采用絕對軌跡編程，其程序容量也較大。由于有相同的加工特征，可以充分利用系統的程序代碼段或子程序調用的功能，在方便了編程的同時，提高了編程的效率，降低了程序加工的風險。圖5c和圖5d分別為利用DeckelMaho和Heidenhain數控系統的程序代碼段調用的功能，來完成相同的特征的加工NC程序示意圖，其中G14和 Tool CALL指令完成程序代碼段的調用。MAHO系統中的G14重復完成N9至N191之間的加工功能，而Heidenhain系統中的ToolCall重復調用LBL1到LBL0之間的程序代碼。從圖5中可以看出，對于重復加工的產品特征對象，采用這種程序，風格簡潔明了，思路清晰了，而且程序的柔性適應性較好，編輯修改、錯誤檢查都變得非常方便。

a)刀具軌跡示意圖

b)仿真加工示意圖

c)DeckelMaho系統NC代碼段調用

d)Heidenhain系統NC代碼段調用
圖5 程序代碼段調用

4. 刀具平面轉換編程

據統計，零件的數控加工，用于機床的切削加工時間相對于裝夾、調度、檢驗時間而言，其比重不超過50%，因此提高產品的裝夾效率對于提高數控加工的效率有著極其重要的意義。如圖6所示的是某產品的孔加工示意圖，如果采用三軸數控機床，需要裝夾、找正兩次，而對于主軸復合擺動的五軸數控機床，如DMU125P來說，則可充分利用數控系統的功能，采用刀具平面轉換等功能快速完成程序的編制。針對DMU125P型數控機床系統，DeckelMaho提供的M55功能，可以用手工的方式采用G7指令代碼完成刀具平面的轉換。如圖7所示的是刀具平面分別繞X、Y、Z軸旋轉的示意圖，圖8則是針對該產品的孔加工，采用刀具平面轉換和坐標偏移的方式來完成產品的五軸鉆孔加工的NC代碼示意圖。通過這種加工策略減少在了裝夾輔助時間的同時，提高了產品的加工精度和效率。

圖6 五軸鉆孔加工示意圖

M55 G7 A5=15°
a)刀具平面繞X軸旋轉

M55 G7 B5=15°
b)刀具平面繞Y軸旋轉

M55 G7 C5=15°
c)刀具平面繞Z軸旋轉
圖7 可變刀具平面示意圖

圖8 DMU125P主軸復合擺五軸鉆孔加工

三、結束語

合理地利用子程序、宏程序和代碼段進行手工編程，對于數控加工程序的簡化，作用是十分明顯的，通過我們的實例，大家對其產生的顯著效果有了感性的認識。現實的加工中，有相同或相似特征的零件很多，如果大家在從事加工或編程的過程中能合理的利用這些技術，定能起到事半功倍的效果。