宏程序教案

数控车床宏程序编程

（FANUC Ｏi－ｍａｔｅTC系统）

第一章基础知识

１. １宏程序：用户把实现某种功能的一组指令像子程序一样存储，在另一个程序中只要调出该指令即能实现该功能，这样的指令称为宏程序。

宏指令：把这样的代表指令称为用户宏程序的调用指令，称为宏指令。１. ２宏程序的强大功能

（１）用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算。（２）根据循环语言、分支语言和子程序调用语言，编制各种复杂的零件加工程序。

（３）减少了手工编程时进行的数值计算及精简程序等工作。

１.３宏程序编程时的适应范围

（１）宏程序指令适合抛物线、椭圆、双曲线等没有插补指令的数控车床的曲线手工编程。

（２）适合图形一样，只是尺寸不同的系列零件的编程。

（３）适合工艺路径一样，只是位置参数不同的系列零件的编程。

（４）有利于零件的简化编程。

第二章变量与常量

２.１变量

普通加工程序直接用数值指定的Ｇ代码和移动距离；例如：Ｇ０１和Ｘ１００．０,使用用户宏程序时，数值可以直接制定或用变量指定。当用变量指定时，变量值可用程序设定或者修改。

＃１１＝＃２２＋１２３；

Ｇ０１Ｘ＃１１Ｆ５００；

２.２变量的表示

计算机允许使用变量名，用户使用宏程序引入变量时，需用变量符号“＃”和后面的变量号指定，例如：＃１１。表达式可以用于指定变量号，这时表达式必须封闭在括号中，例如：＃【＃１１＋＃１２－＃１３】

2.３变量的类型

变量从功能表上主要可归纳为两种，即

系统变量：用于系统内部运算时各种数据的存储。

用户变量：包括局部变量和公共变量，用户可以单独使用，系统作为处理资料的一部分。

表２—１ＦＡＮＵＣ Oi变量类型

2.4变量值的范围

局部变量和公共变量可以是0值或以下范围中的值：-47

10-～

10-或29

10～29 47

10，如果计算结果超出有效范围，则触发程序错误P/S报警。

2.5小数点的省略

当在程序中定义的变量值时，整数值的小数点可以省略。例如：当在定义#11=123；变量#11的实际值是123.00。

2.6变量的引用

●在程序中使用的变量值时，应指定后跟变量号的地址。当用表达式指定变量时，必须把表达式放在括号中。例如：G01 X[#11+#22] F#3.

●被引用变量的值根据地址的最小设定的单位自动的舍入。

●例如：当G00 X#11;以1／1000mm的单位（精确3位）执行时，CNC把12.3456赋值给变量#11，实际指令值为G00X12.346.

●改变引用变量的值的符号，要把负号（-）放在#的前面。例如：G00X-#11。

●当引用未定义的变量时，变量及地址都被忽略。例如：当变量#11的值是0，并且变量#22 的值是空时，G00 X#11Y#22的执行结果为G00X0。

注意：不能用变量代表的地址符有：程序号O,顺序号N,任选程序段跳转号/。例如以下情况不能使用变量：

O#11 /#22 G00X100.0 N#33Y200.0

2.7系统变量

系统变量的用途在系统中是固定的，不能把值代入系统变量中。

2.8常量

我们在系统中经常使用的常量有两种，即：

TRUE：条件成立（真）FALSE:条件不成立（假）

第3章算术和逻辑运算

3.1算术和逻辑运算

用户宏程序中的变量可以进行算术和逻辑运算，表3-1中列出的运算即可在变量中执行，运算符号右边的表达式可包括常量和由函数或运算符组成的变量（表达式的变量# j和#k可以用常数赋值），左边的变量也可以用表达式赋值。

表3—1算术和逻辑运算

3.2逻辑运算说明

3.3运算符

第4章 用户宏程序语句

4.1转移和循环

在程序中使用的GOTO 语句和IF 语句可以改变控制的流向。有以下三种格式可以实现转移和循环操作。

转移和循环

4.2无条件转移（GOTO 语句）

该语句转移到标有顺序号n 的程序段。当指定从1～99999以下的顺序号时，

出现P/S 报警，可用表达式指定顺序号。 其语句为：GOTOn; n 为顺序号（1～99999） 4.3条件转移（IF 语句）

条件转移语句中，IF 之后指定的条件表达式，可有下面两种表达式。 ① IF[<条件表达式>]GOTOn 例如：

如果条件不满足

如果条件满足 ②IF[<条件表达式>]THEN

例如：如果#1和#2的值相同，0赋给#3。 IF 【#1EQ#2】THEN#3=0 4.4循环（WHILE ）语句

用WHILE 引导的循环语句，在其后指定的一个条件表达式，当指定条件满足时，执行从DO 到END 之间的程序，否则转到END 后的程序段。 其一般格式如下图：

WHILE 引导的循环语句示意图

IF [ #1 GT 10 ] GOTO 2;

程 序

GOTO 语句（无条件转移）

IF 语句（条件转移：IF …THEN …）

WHILE 语句（当……时循环）

条件表达式]Do m;(m=1,2,3)

程序

END m;

●这种指令格式用于IF语句，DO后面的号和END后的号时指定程序执行的

范围的标号，值为1、2、3。若1、2、3以外的值会产生P/S报警。在DO～END循环的标号（1～3）可根据需要多次使用，又称为嵌套。

●下面以编写计算数值1～10的总和的程序为例来说明循环语句。

例如：O0001

N10 #1=0;（总和初始值）

N20 #2=1;（变量初始值）

N30 WHILE[#2 LE 10] D0 1;

N40 #1=#1+#2;

N50 #2=#2+1;（步进值为1）

N60 END 1;

N70 M30;（结果：55）

（请大家总结WHILE和IF的不同）

4.5 ⑴循环语句嵌套原则(宏程序P19)

①标号（1～3）可以根据要求多次使用。

WHILE[…]Do1;

程序

END 1;

．

．

．

2

2

2

WHILE[…]Do1;

程序

END 1;

②DO的范围不能交叉。

WHILE[…] Do 1;

程序

WHILE[…] Do 2; （错）

2

2

2

END 1;

程序

END 2;

③DO循环可以嵌套3级。

WHILE[…]Do1;

2

2

WHILE[…]Do2;

2

2

WHILE[…]Do3;

程序

END 3;

2

2

END 2;

2

END 1;

④控制可以转到循环的外边。

…]Do1;

…]GOTO n;

2

2

2

⑤转移不能进入循环区内。

…]GOTOn;

…]Do1;（错）

…

⑵关于循环（WHILE语句）的其他说明。

1）Do m和END m必须成对使用：Do m和END m必须成对使用，Do m一定要在END m之前，用识别号m来识别。

2）无限循环，当指定DO而没有指定WHILE语句时，将产生从DO到WHILE 之间的无限循环。

3）未定义的变量：在使用EQ或NE的条件表达式时中，值为空和值为零将会有不同的效果。而在其他形式的表达式中，空即被当作零。

4）条件转移（IF语句）和循环（WHILE语句）的关系：显而易见，从逻辑关系上说，两者不过是从正反两方面描述同一件事情；从实现的功

能上说，条件转移（IF语句）受到系统的限制相对更少，使用更灵活。

5）处理时间：当在GOTO语句（无论是无条件转移的GOTO语句，还是“IF…

GOTO”形式的条件转移GOTO语句）中有标号转移的语句中，系统将进

行顺序号检索，一般来说，数控系统执行的反向检索时间要比正向检

索时间短长，因为系统通常先正向搜索到程序结束，再返回程序开头

进行搜索，所以花费的时间要长多。因此，用WHILE语句实现循环可

以减少处理时间。

但是，这一点对于实际应用中到底有多大意义，还值得商榷，笔者认为，在宏程序的应用中，优先考虑的是数学表达式是否正确，思路是否简洁，逻辑是否严密，至于具体选择何种语句来实现，则不必拘泥。事实上，依笔者的实践经验来看，这里所讨论的处理时间在实际应用中差别并不明显，而且，从宏程序的学习和掌握技巧来看，似乎“IF…GOTO”形式的条件转移GOTO 语句相对更容易理解和掌握，特别是对于初学者而言。

4.6使用宏程序编制时注意：

1.变量使用应注意其用户可用的变量，防止使用系统变量造成系统报警。

2.明确全局变量与局部变量之间的关系，以及子程序与主程序之间的如何传递。

3.条件表达式是一个逻辑表达式，结果为TRUE（真）或FALSE(假)。

4.嵌套语句、条件控制语句成对使用，否则不执行或报警。语句可以嵌套，但要注意嵌套的层数，一般不超过3层。

第五章宏程序非模态的调用

5.1 用户宏指令用户宏指令是非模态指令（G65）

调用用户宏程序的指令，用宏程序模态调用（G66，G67）

户宏程序功能B用以下方法调用用G代码调用宏程序（G）

调用宏程序: 用M代码调用宏程序（M）

如右图所示：用M代码调用子程序（M或M98）

用T代码调用子程序

首先说明用户宏程序调用的（G65）与子程序调用（M98）之间的差别：

①G65可以进行变量的赋值，即指定自变量（数据传递送到宏程序），M98则不

能。

②当M98程序段包含另一个NC指令（例如，G01 X200.0 M98 P

）时，在指

令执行完以后调用（或转移到）子程序。相反，G65则无条件地调用宏程序。

③当M98程序段包含有O、N、P、L以外的地址的NC指令时，（例如G01 X200.0

M98P

）),在单程序段方式中，可以停止，（即停机）。相反，G65则不能。

④G65改变局部变量的级别，M98不改变局部变量的级别。

5.2非模态调用（G65）

当指定G65时，调用以地址P指定的用户宏程序，数据（自变量）能传递到用户宏程序中，指定格式如下所示。

G65 P

L<自变量的赋值>；

；要调用的程序号

；重复次数（默认值为1）

<自变量赋值>;传递到宏程序的数据

O0110;

2

2

2

G65 P9110 L2 A1.0 B2.0;

2

2

2

M30;

5.3 G65调用说明

①在G65之后，用地址P指定用户宏程序的程序号。

②任何自变量前必须指定G65.

③当要求重复时，在地址L后指定从1～9999的重复次数，省略L值时，默认L 值等于1.

⑤使用变量指定（赋值），其值被赋值给宏程序中的相应的局部变量。

5.4自变量指定的类型

第六章宏程序应用

6.1 宏程序和适用范围

宏指令：把这样的代表指令称为用户宏程序的调用指令，称为宏指令。

宏程序编程时的适应范围：

（1）宏程序指令适合抛物线、椭圆、双曲线等没有插补指令的数控车床的曲线手工编程。

（2）适合图形一样，只是尺寸不同的系列零件的编程。

（3）适合工艺路径一样，只是位置参数不同的系列零件的编程。

（4）有利于零件的简化编程。

6.2 基础知识（参见“宏程序”书2.2，2.4，2.5，2.6，）

使用宏程序编制时注意：

（1）变量使用应注意其用户可用的变量，防止使用系统变量造成系统报警。

（2）明确全局变量与局部变量之间的关系，以及子程序与主程序之间的如何传递。

（3）条件表达式是一个逻辑表达式，结果为TRUE（真）或FALSE(假)。

（4）嵌套语句、条件控制语句成对使用，否则不执行或报警。语句可以嵌套，但要注意嵌套的层数，一般不超过3层。

6.3 编制数控车椭圆宏程序的关键环节

椭圆宏程序编制的重点是在编程时，要抓住“一线、四点”的加工路线。

“一线”,即椭圆X方向(垂直)中心线。

“四点”为：（1）Z方向（水平）椭圆中心点；

(2)椭圆圆弧在零件上的起点；

(3)椭圆圆弧在零件上的终点；

(4)零件的起刀点。

6.4 椭圆宏程序的编程与解析

6.4.1椭圆参数方程

X=Xo+asinθ其中a：短半轴 b:长半轴终止角度

θZ=Zo+bcosθ (Xo、Zo)椭圆圆心坐标，如果给定的是椭圆的终止角度，即可采用椭圆参数方程式！如下图：

角度从1～120°的变化，求出他们的每一点的X、Z的值；刀具从0处运动到120°处，把该段圆弧分成n等分，进行直线插补，在第i处求得X=15sina,z=30cosa.（假定椭圆圆心坐标为（0,0））只要改变a值，刀具按照我们设定的点来运动。

#1：表示圆弧等分数n。

#2:表示终点角度值；在这为120°。

#3：表示在每等分值，#3=#2/#1。

#4：计数值。1，2，3……n.

#5:表示在第i点时的角度，#5=#4*#3。

#6：表示在第i处的X值，#6=15*sin[#5]。

#7；表示在第i处的Z值，#7=30*cos[#5]。

程序运行为下列循环过程:

程序赋变量值初始化：#1=120，#2=120，#3=#2/#1=1.

刀具处于位置：#6=15*sin[#5],#7=30*cos[#5]。

让刀具走到该点：G01 X[2#6] Z[#7] F100。

计数并求下一点的角度：#4=#4+1，#5=#4*#3。

判断之值与n相比，大于或者等于退出，小于重复计算刀具下一个位置的坐标值。根据上述思路，可以将这段加工程序写出：

#1=120 #2=120 #3=#2/#1 #4=0 #5=0

N100 WHILE #4<#1(或#5<#2)DO;

N200 #6=15*sin[#5];

N300 #7=30*cos[#5];

N400 G01 X[2#6] Z[#7-30] F0.5;（“#7-30”转换到工件坐标系） N500 #4=#4+1; N600 #5=#4*#3; N700 END DO

从上述程序可以看出，只要改变#1，椭圆的长轴短轴，都可以加工出不同的椭圆的轮廓，很方便。

6.4.2 椭圆的线性方程

由参数方程X=Xo+asin θ，

Z=Zo+bcos θ

θθ+=22sin cos 1

得 X=Xo ±a*

【注意：①Z 为自变量，X 为因变量；②(Xo 、Zo)椭圆圆心坐标； ③a ：短半轴 b:长半轴】

2采用椭圆线性方程用直线逼近，按Z 方向进行变化，△Z 越小，越逼近轮廓，求出每一个点（x,z ）值。

2利用X=Xo ±a*。计算变量第i 点时X 、Z 值。设定计数变量,中间运算

变量等。

2如图所示 初始化赋值 # 1= 0 Xi 向始点值

# 3=-38.321 Z 向终点值

# 2=0 Z向起点值

加工程序如下：

N100 #1=0;(初始值)

N200 #2=0;(初始值)

N300 #3=-38.321;

N400 WHILE [#2GE#3] DO 或IF[#2LT#3]GOTO 800

N500 G01 X[2*#1]Z[#2] F0.2

N600 #2=#2-0.5

N700 #1=15*SQRT[1-[#2+30]*[#2+30]/900]

N800 END

6.5椭圆凸凹实例分析讲解

4.5.1椭圆宏程序（凸起）

（判定X正负号，只针对线性方程：首先看象限，也可注意：z向和过去的x向方向一致，x向和过去的y向方向则相反）

采用FANUC Oi系统编写的程序（如图所示）

O2002

N10 G99 G97 G40;

N20 T0101;

N30 M03;

N40 M41;

N50 G00 Z52.0;

N60 X52.0;

N70 G01 X0.0 F0.5;

N80 Z50.0;

N90 #1=20.0;(短半轴)

N100 #2=50.0;（长半轴）

N110 #3=50.0;（自变量初始值）

N120 WHILE [#3 GT0]D01;

N130 GO1 X[2*#1*SQRT[1- [#3*#3]/[#2*#2]]] Z[#3] F0.2; N140 #3=#3-1;

N150 END1;

N160 G00 X52.0;

N170 GOO X100.0;

N180 Z200.0;

N190 M05;

N200 M30;

4.5.2椭圆宏程序（凹入）如下图所示

O2003

N10 G99 G97 G40;

N20 T0101;

N30 M41;

N40 M03;

N50 G00 X2.0;

N60 Z2.0;

N70 G01 X-40.0,F0.5;

N80 Z0.0;

N90 #1=20.0; (短半轴)

N100 #2=50.0；(长半轴)

N110 #3=0; （自变量初始值）

N120 WHILE[#3GT-50]D01;

N130 G01 X-[2*#1*SQRT[1-[#3*#3]/[#2*#2]]] Z [#3] F0.2; N140 #3=#3-1;

N150 END;

N160 GOO X2.0;

N170 Z2.0;

N180 G00 X100.0;

N190 Z200.0;

N200 M05;

N210 M30;

（让我们大家用这种古典方法做一下练习9）

零件9：

工艺：

程序：

左端（省略）

右端：

O0900;

G99 G97 G40;

M41;

M03;

T0101;

G00 X60.0;

Z2.0;

G71 U2.0 R1.0;

G71 P100 Q200 W 1.0 U0.5 F0.2;

N100 G00 X16.0;

G01 Z0. F0.2;

X19.75 Z-2.0;

Z-20.0;

#1=[tan10.0]; [准确计算锥的起点] #2=60.0;

#3=#1*#2;