子程序在數控車編程的應用

　　子程序在數控車編程的應用【1】

　　【摘 要】 子程序常用于加工幾何形狀完全相同或相似的加工軌跡，是數控車床手工編程的常用方法之一。

　　正確使用子程序，可以有效簡化手工編程工作量，減少程序所占內存，提高加工效率。

　　本文主要對子程序進行簡要介紹，并以具體實例加以說明。

　　【關鍵詞】 數控車子程序 編程 應用

　　1 引言

　　在數控加工中，有時在一個零件上，有兩處或兩處以上形狀和大小都相同的加工部位，為簡化程序的編制，可以用子程序來加工，或調用子程序實現循環加工，以減少編制程序時需要計算的基點的個數，簡化編程。

　　2 子程序介紹

　　(1)子程序的定義。

　　某些被加工的零件中，常常會出現幾何形狀完全相同的加工軌跡，在編制加工程序時，有一些固定順序和重復模式的程序段，通常在幾個程序中都會使用它。

　　這個典型的加工程序段可以做成固定程序，并單獨加以命名，這組程序段就稱為子程序。

　　(2)子程序的作用。

　　使用子程序可以減少不必要的重復編程，從而達到簡化編程的目的。

　　主程序可以調用子程序，一個子程序也可以調用下一級子程序。

　　子程序必須在主程序結束指令后建立，其作用相當于一個固定循環。

　　(3)子程序的格式。

　　子程序的格式與主程序相同，在子程序的開頭編制子程序號，在子程序的結尾用M99指令結束子程序并返回主程序。

　　O××××

　　…

　　M99

　　(4)子程序的調用。

　　在主程序中，調用子程序的指令是一個程序段。

　　指令：M98

　　格式：M98 P×××× ×××× (前四位為調用次數，后四位為子程序號)

　　或M98 P×××× L××××(P后面為子程序號，L為調用次數)

　　說明：省略循環次數時，默認循環次數為一次。

　　(5)子程序的嵌套。

　　子程序調用另一個子程序，稱為子程序的嵌套。

　　主程序調用同一子程序執行加工，最多可執行9999次，但是子程序的嵌套不是無限次的，在編程中使用較多的是二重嵌套(不同的系統其執行的次數及層次不同)，其程序執行情況如圖1所示。

　　3 應用子程序編程實例

　　(1)等距槽可以利用循環或子程序進行編程，但加工不等距槽時，就體現出了利用子程序進行編程的優勢。

　　例如：圖2所示為車削不等距槽，已知02號刀為切槽刀，刀刃寬度為4mm，左刀尖對刀， 35mm外圓已加工好，試通過調用子程序的形式編寫其加工程序。

　　1)主程序。

　　O0001

　　N10 G50 X100.0 Z100.0;設定工件坐標系。

　　N20 M03 S900;主軸正轉，轉速900r/min。

　　N30 T0202;換02號切槽刀。

　　N40 G00 X38.0;快速定位到38mm處。

　　N50 Z-20.0 M08;快速定位，準備切槽，開冷卻液。

　　N60 M98 P31000;調用O1000的子程序3次。

　　N70 G00 X50.0 Z-138.0;快速定位。

　　N80 G01 X0 F30;切斷。

　　N90 M30;程序結束。

　　2)子程序。

　　O1000

　　N10 G00 W-4.0;Z軸負向移動4mm至第一槽處。

　　N20 G01 U-13.0F30;切第一槽至指定尺寸。

　　N30 G04 X1.0;槽底停留1S。

　　N40 G01 U13.0;X方向退出。

　　N50 G00 W-14.0;快速定位第二槽處。

　　N60 G01 U-13.0;切第二槽至指定尺寸。

　　N70 G04 X1.0;槽底停留1S。

　　N80 G01 U13.0;X方向退出。

　　N90 G00 W-20.0;Z軸負向移動20mm。

　　N100 M99;子程序結束，并返回主程序。

　　(2)如果加工等距槽，但是形狀較復雜時，循環指令就失效了，這時應用子程序就可以大大提高編程的效率。

　　例如：圖3所示為車削等距復雜型槽，已知02號刀為切槽刀，刀刃寬度為3mm，左刀尖對刀，28mm外圓已加工好，試通過調用子程序的形式編寫其加工程序。

　　1)主程序。

　　O0002

　　N10 G50 X100.0 Z100.0; 設定工件坐標系。

　　N20 M03 S600; 主軸正轉，轉速600r/min。

　　N30 T0101; 選擇1號外圓刀。

　　N40 G00 X30.0 Z2.0;定位至30mm，距端面正向2mm。

　　N50 G71 U1.0 R0.5; 采用復合循環粗加工半圓球、外圓、外圓錐面等，

　　N60 G71 P70 Q130 U0.5 W0 F100; X正方向留精加工余量0.5mm。

　　N70 G42 G01 X0 F50;

　　N80 Z0;

　　N90 G03 X20.0 W-10.0 R10.0;

　　N100 G01 Z-42.0;

　　N110 X25.0 Z-50.0;

　　N120 Z-55.0;

　　N130 G40 X30.0;

　　N140 M00 M05;主軸停，程序加工暫停，檢測工件。

　　N150 M03 S1200;主軸正轉，轉速 1200r/min。

　　N160 G70 P70 Q130;精加工半圓球、外圓、外圓錐面等。

　　N170 G00 X100.0 Z100.0;返回換刀點，主軸停。

　　N180 M03 S800;主軸正轉，轉速 800r/min。

　　N190 T0202; 換02號切槽刀。

　　N200 G00 X22.0 Z-10.7M08;快速定位，準備切槽，開冷卻液。

　　N210 M98 P32000;調用O2000的子程序3次，加工3處等距外溝槽。

　　N220 G00 X100.0 Z100.0; 返回換刀點。

　　N230 M30; 程序結束。

　　2)子程序。

　　O2000

　　N10 G00 W-8.6;刀具沿Z軸負方向平移8.6mm。

　　N20 G01 U-10.0 F20;沿徑向切槽至槽底。

　　N30 G04 X1.0;槽底停留1S。

　　N40 G00 U10.0 F500;快速退至22mm處。

　　N50 W1.3;沿Z軸正方向平移1.3mm。

　　N60 G01 U-2.0;沿徑向移動至20mm處。

　　N70 U-8.0 W-1.3;刀具切溝槽右側面至槽底。

　　N80 G00 U10.0;快速退至22mm處。

　　N90 W-1.3; 沿Z軸正方向平移1.3mm。

　　N100 G01 U-2.0;沿徑向移動至20mm處。

　　N110 U-8.0 W1.3;刀具切溝槽左側面至槽底。

　　N120 G00 U10.0;快速退至22mm處。

　　N130 M99;子程序結束，并返回主程序。

　　4 結語

　　編寫子程序時注意應用增量坐標寫出加工路線，讓程序沿X向(或Z向)循環進刀，設置好背吃刀量，計算出加工次數，在主程序中進行調用。

　　這種方法可減少基點的計算個數，適用于各種形狀復雜的零件，使這類零件在數控機床上的編程變得簡便。

　　靈活的應用子程序，在很大程度上提高了零件的加工效率，并且在實際生產中收到了良好的效果。

　　參考文獻：

　　[1]謝曉紅.數控車削編程與加工技術.北京：電子工業出版社，2008.7.

　　[2]黃康美.數控加工編程.上海交通大學出版社，2004.8.

　　[3]宋放之.數控工藝培訓教程.清華大學出版社，2003.8.

　　主程序調用子程序的編程方案在數控教學中的應用【2】

　　一、手工編程在教學和生產中的概況及意義

　　在制造業非常發達的華南(以珠三角地區為代表)和(以江浙地區為代表)，各類CAD\CAM軟件的應用由來已久，而且非常廣泛和成熟，即使在那些只有1～2部數控銑床或加工中心的“路邊加工店”里，也隨處可見Mastercam、 UG、 PRO\E、Cimatron、Powermill、Surfcam等世界知名CAD\CAM軟件的身影。

　　到目前為止，各類CAD\CAM軟件應用日趨普及，特別是數控三維曲面加工，使手工編程幾乎已沒有用武之地。

　　但是必須強調的是，手工編程是根本，是基礎，各種疑難雜癥的解決往往還要利用手工編程;再者，學習手工編程有利于進一步完善數控程序，所以在學校中教學手工編程有著極其重要的意義，特別是“模塊式”課程教學手工程序。

　　另外，當一些中小型認為使用正版CAD\CAM軟件成本過高時，手工編程(更高層次的變量編程，即宏程序的運用)就會顯示其使用價值。

　　因此手工編程在教學和生產中仍具有極其重要的地位。

　　筆者根據多年的數控生產實踐經驗和教學實踐，提出采用主程序調用子程序的編程方案，編寫結構化數控程序，有效地改善數控程序的可讀性與安全性，給教學和生產帶來了安全與便利。

　　二、用主程序調用子程序編程方案的優點

　　GSL990M銑床數控系統中，在主程序中用M98指令調用子程序，而在子程序中用M99指令返回主程序。

　　采用主程序調用子程序進行編程有兩大用途，一是把需要重復使用的邊界程序段編寫成子程序，避免了程序編寫重復，使程序簡潔;二是把需要重復實現的功能用子程序來完成，使程序清晰易讀。

　　陣列孔加工程序采用子程序結構，充分說明了以上第一用途;多工序加工中，系列輔助功能(如換刀、刀具長度補償等)采用子程序結構，說明了以上第二個用途。

　　三、兩個重要子程序

　　多工序加工中無原則經常換刀，換刀后在刀具接近工件的過程中，又需建立刀具的長度補償。

　　如果將這兩項功能編寫成兩個子程序，將使主程序結構清晰、易變，而且不容易出錯。

　　下面介紹兩個子程序。

　　1.換刀子程序

　　O5555;

　　N0001　G80G40M09;撤消固定循環、撤消半徑補償、

　　關冷卻液

　　N0002　G91G28Z0M05;通過當前點返回參考點、主軸

　　停轉

　　N0003　G49;刀具長度偏移注銷

　　N0004　M06;換刀準備，具體調用的刀具號由主程序

　　指定

　　N0005　M99;返回主程序

　　由此可見，換刀子程序除實現換刀功能外，還撤銷了固定循環、刀具半徑補償、刀具長度補償，實現關冷卻液、停止主軸旋轉功能，使系統基本復原到初始狀態，起到防止誤操作的作用，提高了程序的安全性。

　　2.刀具接近子程序

　　O5554;

　　N0001　G90G00X0Y0;檢驗X、Y坐標原點是否正確

　　N0002　M03;主軸正轉，具體轉速由主程序指定

　　N0003　G43G00Z100;建立刀具長度補償，并移動到

　　Z=100mm的位置，具體補償參數　　　　　　　　　　　 由主程序指定

　　N0004　M07;開冷卻液

　　N0005　M99;返回主程序

　　刀具接近子程序建立了刀具的長度補償，并且使刀具到坐標點(0，0，100)的位置，起到了檢查工件坐標系(WCS)原點是否正確的作用，提高了程序運行的安全性。

　　四、數控加工中工序概念的定義

　　為了說明多工序加工數控編程，需對數控加工中的工序概念進行重新定義。

　　傳統機械加工中的工序概念，以兩個方面區分工序，一是工序過程是否連續完成;二是工作場地是否發生變化。

　　顯然，這種傳統的工序定義在數控加工中已不適用，應對數控加工工序提出新的定義。

　　數控加工以是否更換加工程序來區分工序，更符合數控加工的實際情況。

　　進一步說，數控加工工序是指工件的一次安裝中，使用同一把刀具、同一工藝參數和同一數控加工程序對工件進行加工，所連續完成的那一部分工藝過程。

　　基于以上數控加工工序的定義，數控加工工藝過程卡包括：工序號、工序名稱(應說明加工部位、加工性質、加工階段)、刀具、安裝方案和有關工藝裝備、工藝參數、數控程序號、加工區域簡圖等內容。

　　反之，數控加工工序過程卡也正好明確了數控加工工序的概念。

　　五、多工序加工中采用的主程序結構

　　在建立數控加工工序概念的基礎上，通過調用兩個重要子程序，可以對多工序數控加工編寫出結構性、可讀性好的主程序。

　　假如要完成兩道工序的數控加工，這兩道工序分別使用說明01#、02#刀具，長度補償值分別存放在H01、H02內存單元，轉速分別為1000r/min、1200r/min，加工子程序號為O1000、O2000。

　　以此說明主程序編寫結構。

　　O0001;

　　N0001　G54;建立工件坐標系

　　N0002　T01M98P5555;換01#刀具

　　N0003　S1000H01M98P5554;01#刀具定位到坐標點　　　　　　　　　　　　　 　　 (0，0，100)

　　N0004　M98P1000;調用第一道工序的加工程序;

　　以上程序完成第一工序的加工

　　N0005　T02M98P5555;

　　N0006　S1200H02M98P5554;

　　N0007　M98P2000;調用第二道工序的加工程序;

　　以上程序完成第二道工序的加工

　　N0008　T02M98P5555;

　　N0009　M30

　　可見，多道工序的數控加工程序可依次編寫。

　　此主程序結構簡單、編寫容易、程序易讀，由于在每道工序加工中不必考慮刀具長度補償的建立與撤消，程序運行的安全性好，而且編程人員可以集中編寫每道工序的加工子程序。

　　對于每道工序的加工子程序，編寫人員只要從坐標點(0，0，100)開始編寫，不必考慮刀具長度補償以及開關指令(換刀、主軸啟動/停止、冷卻液開/關)等，只要考慮快速移動(G00)、切削加工(G01、G02)、指定進給速度(F指令)、刀具半徑補償(G41、G42、G40)和固定循環等指令。

　　綜上所述，通過多年一線生產實踐和教學的經驗，在多工序數控加工編程中，采用主程序調用子程序的編程方案，充分改善了程序的結構性、可讀性，并且大大提高了編程效率。

　　子程序在數控實訓中的應用【3】

　　在數控實訓中，程序的長度會隨著工件的復雜程度、所使用刀具的數量、編程方法和其他因素的變化而不同。

　　一般來說，程序越短，編程的時間就會越短，在系統中占用的空間也會越小，而且短程序容易檢查、修改和優化，所以也能減小發生人為錯誤的可能性。

　　在很多數控系統中都會有一些縮短程序長度的功能應用。

　　如：FANUC系統中的固定循環、復合循環、宏程序等都是具有縮短程序長度的功能應用。

　　筆者介紹一種有效的縮短編程長度的應用——子程序。

　　一、子程序的概念

　　數控程序都是由一系列不同的輔助功能(M、S、T、F)、準備功能(G代碼)和地址字(X_Y_Z_A_B_C_)組成，如果程序中包含兩個或兩個以上重復的程序段，就可以將程序結構從單一的長程序拆分為兩個或多個獨立的程序，每個重復程序段只編寫一次，在需要的時候進行調用。

　　這種拆分后縮短的獨立程序就稱為子程序。

　　數控系統中有專門的M代碼在一個程序中調用另一個程序，調用其他程序的第一個程序就稱為主程序，所有其他被調用的程序稱為子程序。

　　主程序不能被子程序調用，它位于所有程序的最頂層。

　　子程序之間可以相互調用，直到達到一定的嵌套數目(一般為四層)。

　　特別需要指出的是，在使用子程序進行簡化編程加工零件時，選擇的加工程序一定是主程序，子程序不會被直接用于加工，它只能通過主程序的調用才能實現加工的目的。

　　二、子程序的優點

　　1.可反復使用

　　零件圖上有兩處或兩處以上相同的輪廓軌跡。

　　在這種情況下只要編寫一個子程序，然后用主程序調用該子程序就可實現簡化編程的加工。

　　2.分層或分行加工

　　加工中反復出現相同軌跡的走刀路線。

　　如果被加工的零件需要刀具在某一區域內進行反復的分層或分行走刀，走刀軌跡總是沿著某一特定的形狀垂直或水平走刀，在這種情況下采用子程序就比較方便。

　　需要注意的是，在利用調用子程序進行分行或分層加工時一般多采用相對值編程的方式。

　　3.程序內容具有獨立性

　　在加工比較復雜的零件時，往往包含很多獨立的工序，有時候工序之間的先后順序會根據加工環境的不同而有所調整，把所有工序編成一段長程序，修改工序位置的時候就會很復雜，出錯率也會提高。

　　但如果把每一個工序都編成一個獨立的子程序，讓程序自然分成若干個短程序，在需要的時候用主程序調用，修改的時候也只需要修改某一個子程序，這樣程序就會變得很簡單，出錯率也會大大降低。

　　4.設備檢測及預熱

　　在新設備的調試階段，總有為了檢測某一部件某一重復運動的可靠率而進行的子程序編程，比如檢測加工中心的刀庫換刀功能是否正常。

　　在這種情況下，技術人員總是會讓刀庫不停地換刀幾小時甚至幾十小時，以驗證刀庫的可靠性。

　　另一種情況是操作人員在使用設備的時候，每次開機總會有一個預熱的過程(一般是回參考點)。

　　這個預熱過程，每次開機都是重復的，所以可以通過子程序編寫獨立的程序，在每次開機時通過主程序調用執行。

　　三、子程序在數控實訓中的應用實例

　　1.數控車床程序重復性開頭的應用

　　在數控車床實訓中，輔助功能是很重要的程序，它主要包括主軸旋轉方式、轉速、刀具、進給方式及各種參數的定義。

　　這些功能在很多零件加工中是重復性的，很有可能在一個學期的學習課程里，不同的輔助功能搭配就只有2～3種方式，而編寫的程序一般都會有幾十條以上。

　　例1：如以下4個程序段“M03 S1000 G99 T101;G00 X30 Z2;G71 U2 R1;G71 P1 Q2 U1 F0.3”。

　　表示普通數控車床在加工直徑為30mm的圓棒料，具有單調性外輪廓的循環開頭。

　　像這種程序開頭，在很多程序中都是一樣的，我們可以通過單獨把這4段建立一個子程序，然后通過主程序調用，達到減少編程工作量的目的。

　　2.在螺紋加工中的應用

　　在數控實訓中加工常規螺紋一般可以通過G76復合循環或者G92固定循環達到簡化編程、提高工作效率、減少出錯的目的。

　　但是有些非標或異形的螺紋，它所運行的軌跡在模塊化的循環功能指令范圍之外。

　　比如在圓上加工一段花瓣形螺紋，或者在光軸上加工變螺距螺紋。

　　在這些軌跡上就必須使用最基本的螺紋G代碼G32/G33/G34。

　　由于基本螺紋G代碼只能實現單段螺紋車削，每切削一刀螺紋都必須編寫多條程序段，而且每一次切削都是分層且具有重復性的，所以為了提高工作效率，只能采用調用子程序功能。

　　3.加工中心回零點的應用

　　在銑床及加工中心實訓中，回零操作是很重要的一個步驟。

　　每次開機都必須重復一次回零操作。

　　例2：如以下6個程序段“G20;G17 G40 G80;G91 G28 Z0 ;G28 X0 Y0;G28 B0;G90”。

　　表示臥式加工中心的回零操作。

　　像這種程序段在機床中的每個新程序中都必須重復編寫，而且每次都要重復相同的指令序列。

　　為了消除出錯的可能性，可以將這段程序單獨編為子程序，在運行程序時通過主程序調用。

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