摘 要： 宏程序是手工编程的高级形式，是数控铣高级工、数控类技能大赛等项目中必须掌握的知识点及考点，为使学生能掌握并灵活运用，作者结合多年的教学经验，以加工球面零件为例介绍宏程序的编程方法。
关键词： 宏程序 球面加工 变量 数控铣削
高职院校学生在数控高级工考级、数控类技能大赛等项目中，经常涉及二次曲线轮廓的加工，常用的加工指令已难以完成曲面加工，必须采用宏程序编程。为了使学生更容易理解宏程序并能灵活运用，下面以华中数控世纪星HNC-22M型系统的数控铣床为例，介绍宏程序在数控铣床中加工球面零件的方法。
一、宏程序
用变量的方式进行数控编程的方法称数控宏程序编程，其特点：可以给宏程序中使用的变量赋值，变量之间可以进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算。优点：宏程序具有一定的逻辑判断能力，能根据条件选择性的执行某些部分，能极大简化编程，精简程序。
二、实例分析
例：需要加工一个半径R为30的半球面，毛坯是？覬35的圆柱体，材质是铝件。
1.建立数学模型
根据已知条件建立数学模型如上图，以圆球的顶面为Z向的零平面，建立编程坐标系。
2.球面加工进给路线
粗加工采用？覬10的键铣刀或立铣刀，采用自上而下的等高线方式逐层铣削，每层使用一系列水平面截球面的同心圆来完成走刀，并且由外到内多次完成铣削（当去除部分宽度大于刀具直径时）。精加工采用？覬10的球铣刀，采用自下而上的等角度水平环绕方式加工。
3.编程思路
图中的阴影部分是粗加工时需要去除的部分，自上而下加工时，去除的宽度逐渐减小，当上部的余量大于刀具直径时，则需要至外而内以同心圆的方式多次走刀完成，通过设置变量走刀次数用循环语句方式编程，当该余量小于刀具直径时，则一次完成切削。完成这一层切削后，抬刀3mm，快速返回准备加工位置，再下降一个背吃刀量递增量，重新计算相关值，完成此层的加工，直到最后整个半球的粗加工。
4.粗加工程序
O2233
%2233
G54G90G00Z100
M03S800
X0Y0
Z30
#1= r 刀具半径
#2= R 球半径
#3=M 背吃刀量
#4 = K 深度递增量
#6=0.8*#1 每层切削时的行间距
#9=0 背吃刀量计数器赋值初始值0
#8=FIX[#2/#4] 计算深度切削次数
WHILE[#9LE#8] 计数器值不大于#8
G00 X[#2+#1+2] Y0 快速移动至毛坯外侧
Z5 快速下降到毛坏顶面5mm处
G01Z-#3F200
#3=#4*[#9+1] 每次背吃刀量的深度值
#5=SQRT[#2*#2-[#2-#3]* [#2-#3]]
任意深度对应的平面圆半径
#10=#2-#5 铣削任意高度上水平去
除的余量
#11=FIX[#10/#6] 每层水平铣削次数
WHILE#11GE0
#12=#5+#11*#6+#1
刀具在水平方向上移动的第一次
走刀X坐标值
G01X#12Y0F200
G02I-#12 顺时针整圆铣削
#11=#11-1 每层走刀圈数依次
递减至零
ENDW
G00Z[#3+3] 抬刀到高出球表3mm处
X[#2+#1+2]Y0 返回准备点
#9=#9+1 背吃刀量计数器累加1
ENDW
G00 Z50
M30
5.精加工程序
#1=r 刀具半径
#2=R 球面圆弧半径
#3=θ=（90°～0°）设定初始值为90°
#4=X=（#1+#2）SIN#3 刀具球心的模向坐标
#5=Z=（#1+#2）-（#1+#2）COS#3=（#1+#2）*（1- COS#3） 刀具球心Z坐标
O2244
%2244
G54G90G00Z100
M03S1000
X0Y0
Z5
#3=90 加工走刀路线从下而上
WHILE#3GE0
#4=（#1+#2）SIN#3
铣削时任意高度铣刀球心的X坐标
#5=（#1+#2）*（1- COS#3）
铣削时任意高度铣刀球心的Z坐标
G01X#4Y0F200 走刀至进刀点
Z-#5F150石
G02I-#4 顺时针整圆铣削
#3=#3-1 自变量角度依次递减1
ENDW
G00Z100
M30
三、结语
1.上述加工半球的实例表明，只要适当改变变量的值，球面的任一部分都可以采用此方法编程加工。
2.在练习过程中，重点要让学生要学会建立数学模型，选择合适的自变量，理清编程思路，清晰加工的进给路线。
3.掌握此方法后，在加工凹球面、孔口倒圆角等零件时都可以灵活运用此方法，举一反三。
参考文献：
[1]袁名伟.宏程序在数控加工中的应用[J].机械制造与自动化，2005，3.
[2]邹玉珂，赵晓燕.宏程序在球面铣削加工中的应用[J].机械管理开发，2009，10.
[3]李锋，白一凡.数控机床铣削加工直接编程技术[M].北京：机械工业出版社，2004.