CN107102622A - 一种基于宏程序组合的参数化编程方法和加工主程序编程方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于宏程序组合的参数化编程方法和加工主程序编程方法。就是按模块化的思想方法开发组合式宏程序，它改变了一种参数化宏程序用于一种零件族加工的方法。由于基本制造特征的单一性，因此不必为制造特征复杂的零件族开发技术难度大的宏程序；由于参数化编程的组合式宏程序也可以进行灵活的加工组合变换，这就可以用若干个功能单一的宏程序组合完成多种零件族的数控加工编程；可以通过扩充组合式宏程序的方法应对加工零件的变化，因此不必事先开发数量较多的组合式宏程序；另外，组合式宏程序是在数控系统提供的用户宏程序平台上开发完成的，因此仍能发挥宏编程的优点和宏程序的加工优势。

Description

一种基于宏程序组合的参数化编程方法和加工主程序编程 方法

技术领域

本发明属于数控宏程序的应用技术领域，特别是涉及一种基于宏程序组合的参数化编程方法和加工主程序编程方法。

背景技术

传统上CNC机床用户可选四种编程方式进行零件程序的开发：手工编程、交互式编程、使用CAM软件的编程、宏编程。

由机床生产商提供的称为机床宏程序或系统宏程序，例如钻孔类固定循环宏程序。用户自定义的宏程序被称为用户宏程序或直接称为宏程序。

在宏程序中，把宏编程应用于零件族加工经常被称做参数化编程，或称为参数化宏程序。参数化编程使用变量而不是特定的尺寸数据或加工操作数据来进行编程，它是基于零件特征的编程。一个参数化宏程序应对一类零件，我们可以用它完成符合这种特征的零件加工。

有关参数化宏程序编程方法影响力较大的书籍有：1.(《数控銑削加工宏程序及应用实例》(陈海舟著，机械工业出版社))，它给出了仅使用单个宏程序完成加工的参数化编程实例。2.(《FANUC数控系统用户宏程序与编程技巧》([美]彼得·斯密德(Peter Smid)著，化学工业出版社))，在该书的第20章给出了采用宏程序组合的参数化编程实例，同时还给出了采用宏程序组合完成分布孔型钻孔的加工主程序编程实例。

发明内容

本发明第一个方面是提供一种基于宏程序组合的参数化编程方法；包括如下步骤：

S11，将加工件的制造特征分解为适合于加工处理的基本制造特征；

S12，对分解出的基本制造特征进行分类；

S13，确定对应的分类组合式宏程序的加工功能和需要的加工数据；

S14，按宏程序模态调用方式进行分类组合式宏程序的组合方法设计；包括如下分步步骤：

分步1，按基本制造特征的组成关系确定组合加工所需传递的加工数据；

分步2，在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计；

分步3，完成与组合加工相关的加工、刀具路径控制和数据处理设计；

S15，完成组合式宏程序的参数化编程。

本发明第二个方面是提供一种基于宏程序组合的加工主程序编程方法；就是预先按本发明第一个方面所述的参数化编程方法开发组合式宏程序，加工主程序编程方法包括如下步骤：

S21，按加工件的基本制造特征选择对应的组合式宏程序；

S22，按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序；

S23，按基本制造特征的加工数据指定对应组合式宏程序的参数初值；

S24，完成采用组合式宏程序加工组合的加工主程序编程，所述的加工组合中，加工主程序中组合顺序最后的组合式宏程序为非模态调用，其余都采用模态调用；加工组合中至少有一个参数化编程的组合式宏程序被模态调用。

附图说明

图1是双重圆周均布孔型组成的分布孔群数控钻孔加工图例；

图2是圆弧-直线均布孔型组成的圆孔群数控銑加工图例；

图3是圆周均布矩形孔孔群数控立铣刀加工图例右视图；

图4是图3的俯视图；

图5是圆周均布孔型加工所需特征参数的几何意义和相互关系图；

图6是圆弧均布孔型加工所需特征参数的几何意义和相互关系图；

图7是直线均布孔型加工所需特征参数的几何意义和相互关系图；

图8是圆形内轮廓銑加工所需特征参数的几何意义和相互关系的正视图；

图9是图8的俯视图；

图10是矩形内轮廓銑加工所需特征参数的几何意义和相互关系的正视图；

图11是图10的俯视图；

图12是立铣刀轮廓分层倒角加工所需特征参数的几何意义和相互关系图；

图1、图2、图4、图5、图6、图7、图9、图11中，工件坐标原点为点O；

图5、图6中，均布孔型的定位点和分布中心为点C；

图7中，均布孔型的定位点和起始孔为点C；

图9和图11中，内轮廓的中心和定位点为点C。

具体实施方式

作为手工编程的扩充，宏编程能提供增加效率的各种工具；能够以预设的逻辑控制来灵活地适应不同的加工需求；可以使数控机床在不受操作者控制的情况下，能够对不同的加工状况做出决定；这些编程优点是其他三种编程方式无法相比的。

宏程序的使用优势是：灵活性强、可读性好、调试修改方便、程序简练智能、机床执行效率高，加工零件能够快速转换是参数化宏程序的诸多优势在生产中的最大体现。

用于零件族加工的参数化编程使用参数(变量)描述加工件制造特征，使用参数进行与该特征相关的加工数据和加工策略编程。因此参数化程序一定是宏程序，但宏程序未必是参数化程序。由于目前的参数化编程技术的局限性，参数化宏程序仅限于单独使用或简单组合使用，限制了它在数控加工中的应用。问题如下：

1.书籍1提供了一种宏程序完成一种零件族加工的参数化编程方法，这种方法用于不同的零件族加工时需要重新开发宏程序，这会使加工编程效率低下，且过多数量的宏程序也会给应用和管理带来诸多不便；同时，开发宏程序需要相当高的编程技巧，加工件的制造特征越复杂越不易掌握，而且对制造特征的描述能力也受到用户宏程序自变量指定方法的变量数量限制；一个新开发的宏程序投入使用需要一个试用调试的过程，这需要花费较多调试时间。

2.书籍2提供了一种采用宏程序组合的参数化编程方法；并给出了由这种方法产生的宏程序与机床宏程序(固定循环)的组合使用完成分布孔型钻孔的加工主程序编程方法。但固定循环是一种非参数化编程的宏程序，仅是一种单轴方向的点到点的加工操作，它不需要用参数描述制造特征，也不需要对加工数据进行变换计算。因此在参数化编程的意义上，它仍属于一种宏程序用于一种零件族加工的编程方法。由于这种参数化编程的宏程序之间不能相互组合使用，参数化编程技术的局限性限制了宏程序在数控加工中的应用问题依然存在。

为了改变宏程序只能单独使用或简单组合使用的现状，本发明采用了模块化的编程思想，就是预先按模块系统要求开发基于单一制造特征的宏程序，目的是通过若干个这种宏程序的灵活组合就能完成尽可能多的复杂制造特征的零件族的数控编程和加工。

一个具有完成零件族全部制造特征加工功能的宏程序可视作一个整体加工模块，它采用参数化编程，需要获取的加工数据为全部制造特征、加工位置和相应的加工操作要求。这个整体加工模块可分解为若干个加工功能单一的基本加工模块。由于制造特征是可组合和可分解的，一种简单可行的方法是加工功能按对应的制造特征分解进行，基本加工模块具有完成制造特征分解部分的加工功能，通过多个基本加工模块组合使用达到与单个整体模块同样的加工效果。这种功能单一的基本加工模块或宏程序以下称为组合式宏程序。

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。设定的加工环境为：配置有FANUC数控系统用户宏程序B编程功能的立式加工中心，要通过组合式宏程序组合完成如图1、图2、图3和图4所示的3种常见类型零件加工的参数化编程和加工主程序编程，但要强调本发明的精神不限于仅是这种加工环境的应用或仅是这3种零件(族)的加工。

本发明的第一个方面是提供一种基于宏程序组合的参数化编程方法。步骤如下：

S11，将加工件的制造特征分解为适合于加工处理的基本制造特征：

为了方便采用参数化描述以及能方便独立地处理加工数据的需要，将加工件的制造特征分解为基本制造特征，这里所述特征是指工件上具有特定几何形状的部分，制造特征是描述在工件上需要用某种方法加工出的具体结构，基本制造特征是指从制造特征分解出的最简形态的结构形状，一个可选的最简形态标准就是具有可用参数描述的适于某种加工方法处理的单一独立的结构形状。

S12，对分解出的基本制造特征进行分类：

制造特征包括零件加工特征，位置分布特征和型腔组合特征。将分解出的基本制造特征按这三种特征进行分类，这里的零件加工特征是指可去除材料生成的几何形状，如圆孔、槽、轮廓、平面等；位置分布特征是指零件加工特征的重复出现位置，如圆周均布、直线均布等；型腔组合特征是指可分层加工的轮廓派生空间型腔的正面投影轮廓形状，如空间型腔圆锥孔的正面投影轮廓形状为斜线。

S13，确定对应的分类组合式宏程序的加工功能和需要的加工数据：

分类组合式宏程序的加工功能就是完成对应分类基本制造特征的加工，所需的加工数据为对应的分类基本制造特征参数和相关的加工操作参数。

S14，按宏程序模态调用方式进行分类组合式宏程序的组合方法设计：

按FANUC数控系统的规定，加工主程序可以用三种指令调用用户宏程序，分别是宏程序非模态调用(G65)、宏程序模态调用(G66和G67)和自定义G或M代码调用。指定G65非模态调用宏程序时，该程序段指定的宏程序被调用，且可参数指定，或称指定自变量(传递给宏程序的数据)。指定G66模态调用宏程序时，该程序段指定的宏程序并不被调用，但可参数指定传递的数据；在它下面的程序段，只要执行坐标移动指令一次，则会不通过这个程序段直接调用这个宏程序一次，这个过程继续到G67取消模态调用为止。

通过加工主程序的调用指令来存储程序段提供的作为宏程序内部相对应局部变量数据的信息，宏程序由此获取外部信息。因此可以把调用指令的程序段(以下简称调用程序段)作为组合式宏程序获取加工数据的对外接口界面。

对于参数化编程的组合式宏程序，基本制造特征确定了它的加工数据结构，基本制造特征的组成关系确定了它们在组合加工时所需的加工数据传递要求；由于组合加工要通过加工数据的分次传递和变换计算实现。在FANUC数控系统的限定条件下，通过执行坐标移动调用宏程序进行分次传递加工数据的方法需在这个宏程序处于模态调用状态下实现。因此，它们的组合方法设计涉及到以下3个分步步骤：

分步1，按基本制造特征的组成关系确定组合加工所需传递的加工数据：

一个可选的方法是按照基本制造特征的位置组合关系确定所需传递的加工数据。

分步2，在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计：

需使用统一约定的参数(变量)在组合式宏程序之间传递加工数据，约定的参数可为系统参数(或称为系统变量)或公共参数(或称为全局变量、通用变量)；为了在执行坐标移动指令调用的方式下组合式宏程序能够安全地获取加工数据，加工数据的传递需求由调用程序段的指定参数定义；组合式宏程序内需设置接受该指定参数控制的加工数据接收接口，通过该接口延伸调用程序段对外部信息进入的控制功能。

分步3，完成与组合加工相关的加工、刀具路径控制和数据处理设计：

组合加工的加工路径受多个组合式宏程序的影响，应在组合方法设计时对刀具路径控制等相关因素做出预先规划，采取相应的编程措施确保加工的安全、流畅、高效。

S15，完成组合式宏程序的参数化编程：

1.组合式宏程序仅用于基本制造特征的加工处理；2.为了满足加工组合的通用互换要求，同分类的组合式宏程序的组合方法设计应一致；除了以上2点要求以外，组合式宏程序的参数化编程方法与书籍2第20章中提供的参数化编程方法类似，不再赘述。

这种基于宏程序组合的参数化编程方法的好处是，它改变了一种参数化宏程序用于一种零件族加工的方法，由于基本制造特征的单一性，因此不必为制造特征复杂的零件族开发技术难度大的宏程序，避免了由于特征参数过多以致无法编程相应宏程序的情况；由于采用统一约定的方法进行加工数据的传递和变换计算，参数化编程的组合式宏程序也可以进行灵活的加工组合变换，这就可以用若干个功能单一的宏程序组合完成多种零件族的数控加工编程；当加工零件的变化超出组合加工范围时，可以通过扩充组合式宏程序的方法应对，因此不必事先开发一个加工应用范围较大的数量较多的组合式宏程序系统；例如可增添封闭外轮廓、开放轮廓等用于平面轮廓銑加工的分类组合式宏程序；可在C类组合式宏程序中增添腰圆形内轮廓和圆弧腰圆形内轮廓等组合式宏程序。可在D类组合式宏程序中增添立铣刀轮廓分层倒圆、球刀轮廓分层倒角、球刀轮廓分层倒圆等组合式宏程序。另外，组合式宏程序是在数控系统提供的用户宏程序平台上开发完成的，因此仍能发挥宏编程的优点。

以下通过3个加工实例来说明如何进行基于组合式宏程序组合的参数化编程。

如图1-图3所示的3种加工零件，代表着3种常见的零件加工类型，每种零件加工类型会包含多种加工类似的零件族。参数化编程方法的步骤如下：

S11，将加工件的制造特征分解为适合于加工处理的基本制造特征：

图1所示加工件属于分布群钻孔类零件加工类型，按照最简形态标准，基本制造特征为需钻孔的圆孔以及2种不同的圆周均布孔型。

图2所示加工件属于封闭内轮廓分布群銑削零件加工类型，按照最简形态标准，基本制造特征为圆形内轮廓、圆弧均布孔型、直线均布孔型。

图3和图4所示加工件属于封闭内轮廓派生型腔分布群加工类型，按照最简形态标准，基本制造特征为矩形轮廓、平面轮廓倒角(型腔组合特征)、圆周均布孔型；这里的派生型腔是指型腔的任意等高截面的轮廓形状相同但大小尺寸不同，从3轴加工的意义上，可以通过分层多刀銑削完成这类型腔的加工，因此这类空间型腔可被分解为平面封闭内轮廓与型腔正面投影轮廓2种基本制造特征，分层点的连线轨迹就是这个正面投影轮廓的形状。

S12，对分解出的基本制造特征进行分类：

1.钻孔类圆孔的零件加工特征分类为A类制造特征，它包括铰孔、镗孔，螺孔等，现有A1钻孔类圆孔1种；

2.位置分布特征分类为B类制造特征，现有B1圆周均布、B2圆弧均布和B3直线均布3种孔型；

3.平面封闭内轮廓銑加工的零件加工特征分类为C类制造特征，现有C1圆形和C2矩形内轮廓2种；

4.型腔正面投影轮廓的型腔组合特征分类为D类制造特征，现有D1平面轮廓倒角1种；

S13，确定对应的分类组合式宏程序的加工功能和需要的加工数据：

1.相应的A类组合式宏程序要完成A类基本制造特征的加工，但因钻孔类加工只有Z轴方向的切削运动，圆孔的形状和直径由刀具确定，故这是一种点到点的加工操作。加工功能是完成指定位置的钻孔类操作，因此不需描述零件加工特征，需要的加工数据是钻孔位置以及与钻孔类加工操作关联的特征参数。

2.相应的B类组合式宏程序要用于B类基本制造特征(分布孔型)的位置扩展加工控制。加工功能是计算和控制刀具在孔型分布点间的移动路径，需要获取孔型分布特征和定位点位置加工数据。

3.相应的C类组合式宏程序要用于C类制造特征(封闭内轮廓)的銑加工控制，加工功能是计算偏置刀轨、加工深度值，并按计算值控制刀具完成轮廓銑削操作，需要获取内轮廓形状特征、定位点位置和相应的加工操作加工数据。

4.相应的D类组合式宏程序要用于D类制造特征(型腔正面投影轮廓)在銑型腔时的分层扩展加工控制。加工功能是计算型腔正面投影轮廓的分层点加工数据，需要获取型腔正面投影轮廓特征和相应的加工操作加工数据。

S14，按宏程序模态调用方式进行分类组合式宏程序的组合方法设计：

1.B和B类组合式宏程序组合用于多个分布孔型组成的孔群加工，组合方法设计的分步骤如下：

分步1，按基本制造特征的组成关系确定组合加工所需传递的加工数据：

这种孔群的基本制造特征的位置组合关系是一个B类分布孔型的分布点与另一个B类分布孔型的定位点重合。因此需要传递的加工数据是分布点坐标变动值。

分步2，在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计：

B类组合式宏程序的调用程序段指定参数X和Y分别定义定位点X和Y坐标的选择需求，程序内分别设置接受它们控制的定位点坐标位置加工数据接收接口。该接口默认选择指定参数的定义值作为定位点坐标值；若指定参数省略，接口选择约定的系统变量#5001(指定参数X省略时)或#5002(指定参数Y省略时)的当前值分别作为定位点的X和Y坐标值。接口编程方法见程序O201内有字母A标记的语句。

加工数据传递接收的实现过程为：在加工主程序中，调用在后的B类组合式宏程序控制刀具沿自己孔型的均布点分次有序移动，模态调用在前的B类组合式宏程序将当前位置作为孔型的定位点位置计算和控制刀具沿孔型的均布点分次有序移动。在后的B类组合式宏程序移动一次调用在前的B类组合式宏程序一次，在前的B类组合式宏程序完成均布点间分次有序移动后又返回到在后的B类组合式宏程序，通过这样的调用和返回反复执行，在后的B类组合式宏程序的分布点坐标变动值通过约定的系统变量#5001和#5002的传递接收，然后变换成为在前的B类组合式宏程序的当前定位点坐标值，在前的B类组合式宏程序以此点计算自己孔型的分布点位置坐标。

为了避免接收到的定位点信息被非预期的机床移动修改，B类组合式宏程序内应采用局部参数(变量)存储定位点坐标数据，程序O201采用局部参数(变量)#14和#15存储系统变量#5001和#5002的当前值。

分步3，与组合加工相关的加工、刀具路径控制和数据处理设计：

a.对于多个孔型组成的孔群钻孔，前分布孔型的分布点会是后分布孔型的定位点，由于FANUC系统的固定循环指令对于指定沿轴移动调用指令有优先选择权，因此这个分布点位置是否需要钻孔应程序可选。

B类组合式宏程序的调用程序段指定参数A定义钻孔选择需求，固定循环重复次数的参数K值由模块内的局部参数(变量)#10确定，#10的默认值为#0，此时带K参数的指定沿轴移动调用程序段调用A类组合式宏程序；若A的设定值为±1，则#10的值被修改为0，带K参数的指定沿轴移动调用程序段就不调用A类组合式宏程序。编程方法见程序O201内有字母B标记的语句。

b.分布点的坐标位置计算方法可选坐标方程或坐标旋转，采用B类组合式宏程序组合加工时，采用坐标旋转会使一些与分布方向有关的加工计算大大简化。

B类组合式宏程序的调用程序段指定参数A定义计算选择需求，宏程序内设置接受参数A控制的条件转移语句，若A省略或设定值为1和2时，则采用坐标方程计算分布点坐标；若A值为-1或-2，则采用坐标旋转方式计算分布点坐标。一个可选的坐标旋转计算方法是，以孔型定位点为旋转中心，旋转角度就是分布点连线与X轴正向交角；对于直线均布孔型的B3组合式宏程序，旋转角恒为起始值。编程方法见程序O201内有字母C标记的语句。

2.B和C类组合式宏程序组合用于封闭内轮廓分布孔群銑加工，组合方法设计的分步步骤如下：

分步1，按基本制造特征的组成关系确定组合加工所需传递的加工数据：

这种孔群的基本制造特征的位置组合关系是B类分布孔型的分布点与C类平面封闭内轮廓的定位点重合。因此需要传递的加工数据是分布点坐标变动值。

分步2，在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计：

C类组合式宏程序的调用程序段指定参数X和Y分别定义定位点X和Y坐标的选择需求，程序内分别设置接受它们控制的定位点加工数据接收接口。该接口默认选择指定参数的定义值作为定位点坐标值；若指定参数省略，接口选择约定的系统变量#5001(指定参数X省略)或#5002(指定参数Y省略)的当前值分别作为定位点的X和Y坐标值。接口编程方法见程序O204内有字母A标记的语句。

加工数据传递接收的实现过程为：在加工主程序中，调用在后的B类组合式宏程序控制刀具沿自己孔型的均布点逐点移动，模态调用在前的C类组合式宏程序将当前位置作为轮廓的定位点位置控制刀具沿设定刀轨移动。B类组合式宏程序移动一次调用C类组合式宏程序一次，C类组合式宏程序加工完成后又返回到B类组合式宏程序，通过这样的调用和返回反复执行，B类组合式宏程序的均布点坐标位置加工数据通过约定的系统变量#5001和#5002的传递接收，然后变换成为C类组合式宏程序的当前定位点坐标值，C类组合式宏程序以此点计算偏置刀轨各转折点位置。

为了避免接收到的定位点信息被非预期的机床移动修改，C类组合式宏程序内应采用局部参数(变量)或全局参数(变量)存储定位点坐标数据，实施例采用局部参数(变量)#14和#15存储系统变量#5001和#5002的当前值。

分步3，与组合加工相关的加工、刀具路径控制和数据处理设计：

分布群加工时刀具需沿分布点路径转移，为了确保完成单个内轮廓加工后转移安全，C类组合式宏程序的退刀转移平面应程序可选。选择方法为：C类组合式宏程序指定参数B定义退刀转移平面选择需求，退刀转移平面高度为指定参数B的定义值，若参数B省略，则B值自动变为必须定义的安全平面R值。

3.D和C类组合式宏程序组合用于平面封闭轮廓派生型腔銑加工，组合方法设计的分步步骤如下：

分步1，按基本制造特征的组成关系确定组合加工所需传递的加工数据：

该型腔要通过分层銑加工完成，基本制造特征的位置组合关系是：分层点既是D类正面投影轮廓中的点、又是相应分层高度上C类平面封闭内轮廓中的点。因此需传递的加工数据为正面投影轮廓分层点的水平方向(X和Y平面)和轴向(Z轴方向)变动值。同时为了控制分层加工的抬刀动作，D类组合式宏程序应将加工进程信息传递给C类组合式宏程序。

分步2，在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计：

为计算和传递方便，用等效刀具半径替代分层点的水平方向变动值，等效刀具半径值由D类组合式宏程序根据定义的正面投影轮廓的形状特征值计算和传递。计算方法为：

内轮廓加工：等效刀具半径＝刀具半径-正面投影轮廓的分层点水平方向变动值；

外轮廓加工：等效刀具半径＝刀具半径+正面投影轮廓的分层点水平方向变动值。

C类组合式宏程序计算轮廓加工的偏置刀轨方法如下：

C类与B类组合式宏程序组合使用或独立使用时：偏置刀轨＝编程刀轨-刀具半径；

C类与D类组合式宏程序组合使用时：偏置刀轨＝编程刀轨-等效刀具半径。

其中编程刀轨由C类组合式宏程序定义的轮廓形状特征值确定；等效刀具半径值由D类组合式宏程序根据定义的正面投影轮廓的形状特征值计算和传递。计算方法如下：

内轮廓加工：等效刀具半径＝刀具半径-正面投影轮廓的分层点水平方向变动值；

外轮廓加工：等效刀具半径＝刀具半径+正面投影轮廓的分层点水平方向变动值。

C与D类组合式宏程序之间通过约定的全局参数(变量)#107、#126传递等效刀具半径、深度加工数据，通过约定的全局参数(变量)#100传递加工进程状态。

C类组合式宏程序的调用程序段指定参数A定义分层扩展加工需求；程序内设置接受参数A控制的刀径和深度值选择接收接口。C与D类组合式宏程序组合加工时，参数A为1，该接口选择全局参数(变量)#107和#126的存储值作为加工所需的刀具半径和加工深度值；非C与D类组合式宏程序组合加工时，参数A不为1，接口选择C类组合式宏程序定义的刀径和深度值修改全局参数(变量)#107和#126的储存值。接收接口的编程方法见C类组合式宏程序O204内有字母D标记的语句。加工数据计算和传递出去的编程方法见D类组合式宏程序O206内有字母G标记的语句。

加工数据传递接收的实现过程为：加工主程序中，调用在后的D类组合式宏程序依据正面投影轮廓参数计算本次分层加工的等效刀具半径和深度加工数据，并采用全局参数(变量)#107和#126分别储存这些数据。模态调用在前的C类组合式宏程序通过访问这些全局参数(变量)地址接收这些加工数据，并将它们用于计算本次加工的偏置刀轨和深度，然后控制刀具完成轮廓一次分层銑加工。D类组合式宏程序计算一次并采用指定沿轴移动命令调用C类组合式宏程序一次，C类组合式宏程序完成銑轮廓一次后又返回到D类组合式宏程序。通过这样的调用和返回反复执行，D类组合式宏程序提供的加工数据通过全局参数(变量)#107和#126的储存和访问就会反复有序地传递给C类组合式宏程序。

要说明的是，1.刀具参数D的定义值是常量，为了采用刀具半径补偿的加工方式控制轮廓加工的径向尺寸变化，将其与编程刀轨变动值运算后作为等效刀具半径变动值传递。2.当加工数据与坐标移动值无关时，指定沿轴移动命令的距离为0。

分步3，与组合加工相关的加工、刀具路径控制和数据处理设计：

a.分层加工进程信号和加工数据直接传递方法：分层的轮廓銑削加工往往会反复进行，为了提高程序运行效率，一些常量加工数据只需处理一次即可。

设计方法为：C类组合式宏程序内设置接受参数A控制的分层加工数据直传控制接口。非C与D类组合式宏程序组合加工时，参数A为无效值，则接口无效。C与D类组合式宏程序组合加工时，参数A为有效值，若加工进程为分层加工首次，D类组合式宏程序传递的进程信号#100＝#0，则接口仍无效；首次分层加工以后，进程信号#100≠#0，接口有效，控制程序跳过常量工作区，使D类组合式宏程序的传递值直接成为变动量工作区的加工数据。接口功能编程方法见程序O204内有字母E标记的语句；首次和过程中进程信号传递出的编程方法见程序O206内有字符H1(首次)和H2(过程中)标记的语句。

b.为了减少空行程提高加工效率，要求分层加工期间不退刀，加工末次才退刀。

设计方法为：C类组合式宏程序内设置接受参数A控制的加工进程末次信号的接收控制接口。非C与D类组合式宏程序组合加工时，参数A为无效值，则接口无效，銑完轮廓即退刀。C与D类组合式宏程序组合加工时，参数A为有效值，当#100≠9995时表示分层加工进行中，当次的轮廓切削完成后不退刀；当#100＝9995时表示分层结束，当次的轮廓切削完成后退刀。接口功能编程方法见程序O204内有字母F标记的语句。末次进程信号传递出的编程方法见程序O206内有字符H3标记的语句。要说明的是，利用加工进程信号的传递和接收，可设计各种不同的加工退刀方式。

S15，完成组合式宏程序的参数化编程：

步骤S11已确定了4个分类共7种基本制造特征需要开发对应的组合式宏程序。

其中A类钻孔类圆孔的加工宏程序不需用参数描述零件制造特征，也无需进行加工数据的变换计算，非特殊情况也无需开发组合式宏程序，可将机床数控系统提供的各种固定循环直接使用。组合加工时，固定循环的钻孔位置由B类组合式宏程序直接提供。因此在组合式宏程序的模块系统中，将G81钻孔固定循环直接作为A1组合式宏程序，有需要的话G82点钻固定循环就是A2组合式宏程序，可以类推。

需要为其他3个分类共6种基本制造特征开发对应的组合式宏程序，分别如下：

开发1：B1组合式宏程序，用于B1圆周均布孔型位置扩展加工。所需特征参数的几何意义和相互位置关系如图5所示。

说明：A为1则调用固定循环且坐标方程计算方式；A为2则不调用固定循环且坐标方程计算方式；A为-1则调用固定循环且旋转坐标计算方式；A为-2则不调用固定循环且旋转坐标计算方式。

宏程序调用格式：G65P201AaIiJjKkXxYy

开发2：B2组合式宏程序，用于B2圆弧均布孔型位置扩展加工。所需特征参数的几何意义和相互位置关系如图6所示。

宏程序调用格式：G65P202AaIiJjKkVvXxYy

B2组合式宏程序的编号为O202，具体设计方法可参考B1组合式宏程序，此处省略。

开发3：B3组合式宏程序，用于B3直线均布孔型位置扩展加工。起始孔(N＝1)为孔型定位点，所需特征参数的几何意义和相互位置关系如图7所示。

宏程序调用格式：G65P203AaIiJjKkXxYy

B3组合式宏程序编号为O203，具体设计方法可参考B1组合式宏程序，此处省略。

开发4：C1组合式宏程序，用于C1圆形内轮廓銑加工。加工刀路控制次序为：1.刀具快移到定位点C；2.快降到R平面；3.进给插铣到加工深度Z；4.沿进刀刀轨銑到切入点A；5.沿偏置刀轨顺铣一圈到点A；6.沿退刀刀轨退到点C；7.抬刀快退到B或R平面结束加工；8.若A值有效，则从加工次序6直接转移到次序1，直到分层加工末次才执行次序7。加工所需特征参数的几何意义和相互位置关系如图8和图9所示。

宏程序调用格式：G65P204AaBbIiDdEeFfRrXxYyZz

开发5：C2组合式宏程序，用于C2矩形内轮廓銑加工。加工刀路控制次序同C1组合式宏程序。加工所需特征参数的几何意义和相互位置关系如图10和图11所示。

宏程序调用格式：G65P205AaBbCcIiJjDdEeFfRrXxYyZz

C2组合式宏程序编号为O205，具体设计方法可参考C1组合式宏程序，此处省略。

开发6：D1组合式宏程序，用于D1立铣刀平面轮廓倒角分层扩展加工。所需特征参数以及程序内部运算参数的几何意义和相互位置关系如图12所示；倒角的正面投影轮廓分层点为A1、A2、A3直到An，相应的等效刀具半径传递值为#107(A1和A2)，#107(A3-An)未画出；相应的加工深度传递值为#126(A1和A2)，#126(A3-An)未画出；相应的正面投影轮廓的分层点水平方向变动值为S(A1和A2)，S(A3-An)未画出；为了便于理解，C类组合式宏程序依据传递值#107计算的编程刀轨以及与分层点(A1和A2)对应的偏置刀轨也显示在图12中。

宏程序调用格式：G65P206AaCcJjDdTtZz

作为本发明的第二个方面，提供一种基于宏程序组合的加工主程序编程方法。就是预先按本发明第一个方面所述的参数化编程方法开发组合式宏程序，将已开发的组合式宏程序储存在机床内存，成为一个供加工编程用的程序库(包括固定循环)。加工主程序编程方法包括如下步骤：

S21，按加工件的基本制造特征选择对应的组合式宏程序。

S22，按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序：

组合加工所需传递的加工数据是由基本制造特征的组成关系确定的，加工数据的传递关系确定了组合式宏程序的组合顺序。当所需传递的加工数据由基本制造特征的位置组合关系确定时，组合式宏程序在加工主程序中的调用顺序为：用于零件加工特征加工的在最前，用于零件组合特征加工的在次前，用于位置分布特征加工的在后；当分布群由多个基本孔型组成时，按在后的B类组合式宏程序分布点就是在前的B类组合式宏程序定位点的位置组合关系确定组合顺序。

S23，按基本制造特征的加工数据指定对应组合式宏程序的参数初值：

在宏程序调用中，参数用于给组合式宏程序内的局部变量传递指定的初始值。

S24，完成采用组合式宏程序加工组合的加工主程序编程：

加工组合是通过模态调用实现的，因此，加工主程序中组合顺序最后的组合式宏程序为非模态调用，其余都应采用模态调用；为了满足发明目的，加工组合中至少有一个参数化编程的组合式宏程序被模态调用。

主程序中除了组合式宏程序的调用部分以外，对于加工所需的准备功能(G功能)、机床功能(M功能)、刀具功能(T功能)设定编程等，与书籍2第20章中提供的加工主程序编程方法类似，不再赘述。

以下通过3个加工实例来说明如何进行基于组合式宏程序组合的加工主程序编程。

实施例一：图1所示的加工件，有12个双重圆周均布的￠10孔需钻孔，3个圆周均布孔型1的定位点C1～C3就是圆周均布孔型2的分布点，且孔型1围绕孔型2的定位点C向心均布。加工刀具为直径￠10麻花钻。编程步骤如下：

S21，按加工件的基本制造特征选择对应的组合式宏程序：

分别选择：零件加工特征的钻圆孔和A1组合式宏程序、位置分布特征的圆周均布孔型1和第一个B1组合式宏程序、圆周均布孔型2和第二个B1组合式宏程序。

S22，按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序：

A1组合式宏程序在最前，因孔型1的定位点就是孔型2的分布点，故第一个B1组合式宏程序在次前，第二个B1组合式宏程序在最后(采用坐标旋转计算方式)。

S23，按基本制造特征的加工数据指定对应组合式宏程序的参数初值：

指定A1组合式宏程序(调用程序段A)的参数初值：设定G98G81钻孔模式，R平面为3，进给速度F为160，钻孔深度Z为-15，K0表示当前程序段不执行钻孔。指定第一个B1组合式宏程序(调用程序段B)的参数初值：组合参数A为1(调用固定循环且坐标方程计算方式)，分布半径I25，均布数K为3，起始孔方向角J为0°(在调用程序段C的B1组合式宏程序建立的旋转坐标中，起始孔是0°)，定位点为当前坐标位置(参数X和Y省略)。指定第二个B1组合式宏程序(调用程序段C)的参数初值：组合参数A为-2(不调用固定循环且坐标旋转计算方式)，分布半径I50，均布数K为3，C1起始孔方向角J为30°，定位点坐标为X120Y100。

S24，完成采用组合式宏程序加工组合的加工主程序编程：

加工实施说明：主程序执行后，刀具从换刀位置开始，首先到坐标原点O点上方。然后各组合式宏程序变量赋值，依次为A1、B1(B语句)、B1(C语句)；紧接着非模态调用的B1组合式宏程序控制刀具在孔型2的均布点间移动，依次为C1-C3，移动一次(不执行钻孔)调用B语句的B1组合式宏程序一次；然后B语句的B1组合式宏程序控制刀具依次在孔型1的均布点间移动，移动一次调用A1组合式宏程序执行钻孔一次，完成(C1)孔型1的钻孔后又返回到C语句的B1组合式宏程序；C语句的B1组合式宏程序又控制刀具移动到孔型2的下个均布点C2，如此周而复始，加工顺序如图1所示为孔1-孔12，直至全部钻孔完成后，刀具回到机床原点加工结束。

实施例二：图2所示的加工件，有9个圆弧-直线均布的￠16孔需铣加工，3个直线孔群的起始定位点C1-C3为圆弧均布且沿圆弧中心点C辐射分布；加工刀具为直径￠10平头立铣刀。编程步骤如下：

S21，按加工件的基本制造特征选择对应的组合式宏程序：

分别选择：零件加工特征的圆形内轮廓和C1组合式宏程序、位置分布特征的直线均布孔型和B3组合式宏程序、位置分布特征的圆弧均布孔型和B2组合式宏程序。

S22，按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序；

C1组合式宏程序在最前，因直线孔型的定位点就是圆弧孔型的分布点，故B3组合式宏程序在次前，B2组合式宏程序在最后(坐标旋转计算方式)。

S23，按基本制造特征的加工数据指定对应组合式宏程序的参数初值：

指定C1组合式宏程序(调用程序段A)的参数初值：转移平面B为60，加工半径I为8，刀具直径D为10，R平面为3，插銑速度E为60，进给速度F为160，加工深度Z为-10。指定B3组合式宏程序(调用程序段B)的参数初值：组合参数A为1，均布间距I为40，直线方向角J为0°，均布数K为3，定位点坐标为当前位置(X和Y参数省略)。指定B2组合式宏程序(调用程序段C)的参数初值：组合参数A为-1(坐标旋转方式)，分布半径I40，起始孔(旋转)方向角J为47°，均布数K为3，孔间角V为43°，定位点坐标为X150Y120。

S24，完成采用组合式宏程序加工组合的加工主程序编程：

加工实施说明：主程序执行后，刀具从换刀位置开始，首先到坐标原点O点上方。然后各组合式宏程序变量赋值，依次为C1、B3、B2；紧接着B2组合式宏程序控制刀具在圆弧均布孔型点间移动，依次为C1-C3，移动一次设定坐标旋转一次且调用B3组合式宏程序一次；B3组合式宏程序控制刀具依次在直线均布孔型点间移动，移动一次调用C1组合式宏程序执行銑孔加工一次。每銑完一孔后返回到B3组合式宏程序；然后B3组合式宏程序又控制刀具移动到直线孔型的下个均布点，直至这个直线孔型的3个孔加工完成后又返回到B2组合式宏程序，B2组合式宏程序又控制刀具移动到圆弧孔型的下个均布点，如此周而复始，加工顺序如图2所示为孔1-孔9，直至全部孔加工完成后，刀具回到机床原点加工结束。

实施例三：图3和图4所示的加工件，矩形孔已加工完成，孔口需进行高度为8、斜度为45度、起始深度为12的分层倒角加工，6个矩形孔围绕圆心点C圆周均布且分布方向朝向圆心，加工刀具为直径￠10立铣刀。编程步骤如下：

S21，按加工件的基本制造特征选择对应的组合式宏程序：

分别选择：零件加工特征的矩形内轮廓和C2组合式宏程序、型腔组合特征的正面投影轮廓(倒角)和D1组合式宏程序、位置分布特征的圆周均布孔型和B1组合式宏程序。

S22，按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序；

C2组合式宏程序在前，D1组合式宏程序在次前，B1组合式宏程序在最后(采用坐标旋转计算方式)。

S23，按基本制造特征的加工数据指定对应组合式宏程序的参数初值：

指定C2组合式宏程序(调用程序段A)的参数初值：组合参数A为1(分层扩展加工)，转移平面B为60，矩形的转角C为8，长度I为24，宽度J为32，进给速度F为2000，R平面为3。指定D1组合式宏程序(调用程序段B)的参数初值：组合参数A省略(加工内轮廓)，倒角高度C为8，倒角角度J为45°，刀具直径D为10，分层增量T为0.02，起始倒角深度Z为-12。指定B1组合式宏程序(调用程序段C)的参数初值：组合参数A为-1(坐标旋转计算方式)，分布半径I60，均布数K为6，起始矩形(C1)方向角J为90°(坐标旋转90°)，定位点坐标为X100Y100。

S24，完成采用组合式宏程序加工组合的加工主程序编程：

加工实施说明：主程序执行后，刀具从换刀位置开始，首先到坐标原点O点上方。然后各组合式宏程序变量赋值，依次为C2、D1、B1；紧接着B1组合式宏程序控制刀具依次在圆周均布点间移动(C1-C6)，移动一次调用D1组合式宏程序一次；然后D1组合式宏程序计算分层倒角所需的刀径和加工深度变动值，计算一次调用C2组合式宏程序一次，C2组合式宏程序控制刀具銑完本次分层的矩形轮廓后返回到D1组合式宏程序，D1组合式宏程序又计算下次分层倒角所需的刀径和加工深度变动值，直至这个矩形孔的全部分层倒角加工完成后又返回到B1组合式宏程序，B1组合式宏程序又控制刀具移动到圆周均布孔型的下个均布点，如此周而复始，加工顺序如图3所示为C1-C6，直至全部倒角完成后，刀具回到机床原点加工结束。

这种基于宏程序组合的加工主程序编程方法的好处是，它用组合式宏程序的组合替代了开发新的宏程序，最大程度上避免了宏程序投入使用需要的编程、试用调试时间，在复杂制造特征的零件族加工中也能发挥宏程序的加工优势。从3个加工实施例可以看出，多个组合式宏程序的加工组合可以像单个整体宏程序一样高效完成零件加工；同一个组合式宏程序可以精确无误地用于完成多种零件族加工，相应的加工主程序也非常简单规范易于理解修改。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于宏程序组合的参数化编程方法，其特征在于，包括如下步骤：

S11，将加工件的制造特征分解为适合于加工处理的基本制造特征；

S12，对分解出的基本制造特征进行分类；

S13，确定对应的分类组合式宏程序的加工功能和需要的加工数据；

S14，按宏程序模态调用方式进行分类组合式宏程序的组合方法设计；包括如下分步步骤：

分步1，按基本制造特征的组成关系确定组合加工所需传递的加工数据；

分步2，在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计；

分步3，完成与组合加工相关的加工、刀具路径控制和数据处理设计；

S15，完成组合式宏程序的参数化编程。

2.根据权利要求1所述的一种基于宏程序组合的参数化编程方法，其特征在于，所述步骤S14的分步2在接受调用程序段控制的前提下进行加工数据传递接收方法设计，包括：需使用统一约定的参数在组合式宏程序之间传递加工数据，加工数据的传递需求由调用程序段的指定参数定义；组合式宏程序内需设置接受该指定参数控制的加工数据接收接口。

3.一种基于宏程序组合的加工主程序编程方法，其特征在于，预先按权利要求1所述的参数化编程方法开发组合式宏程序，加工主程序编程方法包括如下步骤：

S21，按加工件的基本制造特征选择对应的组合式宏程序；

S22，按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序；

S23，按基本制造特征的加工数据指定对应组合式宏程序的参数初值；

S24，完成采用组合式宏程序加工组合的加工主程序编程，所述的加工组合中，加工主程序中组合顺序最后的组合式宏程序为非模态调用，其余都采用模态调用；加工组合中至少有一个参数化编程的组合式宏程序被模态调用。

4.根据权利要求3所述的一种基于宏程序组合的加工主程序编程方法，其特征在于，所述步骤S22按基本制造特征的组成关系确定组合式宏程序的组合顺序；当所需传递的加工数据由基本制造特征的位置组合关系确定时，组合式宏程序在加工主程序中的调用顺序为：用于零件加工特征加工的在最前，用于零件组合特征加工的在次前，用于位置分布特征加工的在后；当分布群由多个基本孔型组成时，按在后的B类组合式宏程序分布点就是在前的B类组合式宏程序定位点的位置组合关系确定组合顺序。