ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ； ｍａｃｒｏ ｐｒｏｇｒａｍ； ｓｐｉｒａｌ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ
１７７
ＣＨＥＮ Ｆａｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１８０５５， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｓｐｉｒａｌ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｍａｃｒｏ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｎ ＦＡＮＵＣ ０ＭＤ ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ａｔ ｆｉｒｓｔ ｔｈｅ
程序号 ○９０１０ ○９０１１ ○９０１２ ○９０１３ ○９０１４ ○９０１５ ○９０１６ ○９０１７ ○９０１８ ○９０１９
参数号 ６０５０ ６０５１ ６０５２ ６０５３ ６０５４ ６０５５ ６０５６ ６０５７ ６０５８ ６０５９
速度。
设螺旋线起点
坐 标 为 （ ｘ１， ｙ１， ｚ１） ， 终 点 坐 标 为 （ ｘ２， ｙ２， ｚ２） ， 图 １ 所 示 为 ＸＹ 平
加工程序中， 调用宏程序指令格 式 为 ： Ｇ１０ Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿Ｉ＿Ｊ＿Ｆ＿， 则 设 宏程序号为 Ｏ９０１０ 之后， 将参数 Ｎｏ．６０５０ 设为 １０ 即可。
４ 误差分析
根据以上螺旋线插补算法的分析， 用空间直线拟合
则宏程序代码参考如下： Ｏ９０１０6 ＩＦ ［＃４００３ ＥＱ ９０］ ＧＯＴＯ １6 若 为 Ｇ９１ 则 计 算 终 点 绝 对坐标值（ Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２） ＃２４＝ ＃２４＋＃５００１6 系统变量 ＃５００１ 为程序段终点 Ｘ 坐标
其中， 参数号和程序号之 间的对应关系如表 ２ 所示。
２ 螺旋线插补算法分析
设 宏 程 序 调 用 格 式 ： Ｇ×× Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿Ｉ＿Ｊ＿Ｆ＿， 其 中 Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿ 表 示 螺 旋 线 终 点 坐 标 值 ， Ｉ＿Ｊ＿ 表 示 在 Ｘ、Ｙ 轴 上 圆 心 相 对 与 螺旋线起点的坐标增量， Ｆ＿ 表 示螺旋线插补合成
公共变量
公共变量在不同的宏程序中的意义相同。 当断电时， 变量 ＃１００－ ＃１９９ 初始化为 ０； 变量 ＃５００－ ＃９９９ 的数据保存 ， 即 使 断 电 也不丢失。
＃１０００－
系统变量 系 统 变 量 用 于 读 和 写 ＣＮＣ 运 行 时 各 种 数据的变化。
收稿日期： ２００６－ ０９－ ３０ 作者简介： 陈芳 （ １９７７－ ） ， 女 ， 助 教 。研 究 方 向 ： 数 控 技 术 应用， 数控设备维修。主要从事教学， 科研工作。
＃１０８＝［＃２６－ ＃５００３］H＃１０７ ／［＃１０６－
θ１ 为自变量， 设角度每步增加△θ， Ｚ 轴每次增加△ｚ， 则据：
θ２－ θ１ ＝ △θ， 有： △ｚ＝ （ ｚ２－ ｚ１）·△θ
ｚ２－ ｚ１ △ｚ
θ２－ θ１
"ｘｉ＝ｘ０＋Ｒ·ｃｏｓθｉ $
则第 ｉ 步的坐标值（ ｘｉ， ｙｉ， ｚｉ） 为： #ｙｉ＝ｙ０＋Ｒ·ｓｉｎθｉ $ %ｚｉ＝ｚｉ－ １＋△ｚ
序号变为 Ｏ９０１０～Ｏ９０１９ 中 的 任 表 ２ 参数号和程序号对应表 一 个 ； ②将 与 程 序 号 对 应 的 参 Ｔａｂ．２ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｎｕｍｂｅｒ
数设 置 为 Ｇ 代 码 的 数 值 ； ③将 ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
调用指令的形式换为 Ｇ××。
ｐｒｏｇｒａｍ ｍｕｍｂｅｒ
摘 要： 讨论了 ＦＡＮＵＣ ０ＭＤ 数控系统用宏程序开发螺旋线插补功能的方法。介绍了宏程序的功能， 然
后分析了螺旋线插补的算法。根据此算法给出了宏程序流程图和代码， 最后分析了此算法的拟合
误差。利用该方法可以提高和扩展数控机床的功能。
关键词： 数控加工； 宏程序； 螺旋线插补
中图分类号： ＴＧ６５９
终止角 角度增量
ｙ２０ θ２ △θ
＃１０５ ＃１０６ ＃１０７
＃２６
Ｚ 坐标增量 △ｚ ＃１０８
＃１００ ＃１０１
＃４ ＃５ ＃１０２
动点角度 动点坐标 进给速度
θｉ ＃１０９ ｘｉ ＃１１０ ｙｉ ＃１１１ ｚｉ ＃１１２ Ｆ ＃９
Ｆ＃９6 直线插补到点（ ｘｉ， ｙｉ， ｚｉ） ＃１０９＝ ＃１０９＋＃１０７6 更新 θｉ ＃１１２＝ ＃１１２＋＃１０８6 更新 ｚｉ ＥＮＤ１6 Ｇ＃４００３6 还原 Ｇ９０ ／Ｇ９１ 方式 Ｍ９９6 子程序返回 以上为宏程序代码， 若设在
首先进行变量定义如表 ３， 其宏程序流程图如图 ２ 所示。
表 ３ 变量定义表
Ｔａｂ．３ ｄｅ ｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ
ｘｉ
起点
ｙ１
ｚ１
ｘ２
终点
ｙ２
ｚ２
圆心点
ｘ０
ｙ０
圆心相对于圆 Ｉ
弧起点增量
Ｊ
圆的半径
Ｒ
＃５００１
起始角
θ１
终点相对于圆
＃５００２ 心的坐标增量
ｘ２０
＃１０３ ＃１０４
＃５００３ ＃２４ ＃２５
文献标识码： Ａ
文章编号： １００２－ ６６７３ （ ２００６） ０６－ １７６－ ０２
０ 引言
ＦＡＮＵＣ ０ＭＤ 的数控系统中只有平面圆弧插补功能， 即在 ＸＹ 平面或 ＺＸ 平面或 ＹＺ 平面内加工圆弧的同时， 不允许第三个轴运动 ［１］。而在实际应用中， 加工螺旋槽 时， 常常需要在 ＸＹ 平面加工圆弧的同 时 ， Ｚ 轴 同 时 进 刀， 这就需要用到螺旋线插补功能， 因此， 原有 ＦＡＮＵＣ ０ＭＤ 数控系统不能满足这种要求。本文探讨使用宏程序 在 ＦＡＮＵＣ ０ＭＤ 系统上开发螺旋线插补功能。
空间螺旋曲线的误差主要在 ＸＹ 方向上， 如图 １ 所示， 用 直线拟合圆弧的拟合误差为 ［４］： δ＝Ｒ－ Ｒ·ｃｏｓ △θ。由此可
２ 知 ， 误 差 主 要 由△θ控 制 ， 调 节△θ的 大 小 可 以 控 制 其 拟 合误差。
＃２５＝ ＃２５＋＃５００２6系统变量 ＃５００２ 为程序段终点 Ｙ 坐标 ＃２６＝ ＃２６＋＃５００３6系统变量 ＃５００３ 为程序段终点 Ｚ 坐标 Ｎ１ ＃１００＝ ＃５００１＋＃４6 计算圆心坐标（Ｘ０，Ｙ０） ＃１０１＝ ＃５００２＋＃５6 ＃１０２＝ ＳＱＲＴ［＃４H＃４＋＃５H＃５］6 计算圆的半径 Ｒ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｒｏ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｐｉｒａｌ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ， ｔｈｅ ｍａｃｒｏ
ｐｒｏｇｒａｍ ｆｌｏｗ ｃｈａｔ ａｎｄ ｐａｒｔ ｃｏｄｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｎｈａｎｃｅ ａｎｄ
拟合误差。利用宏程序不仅能够进行参数化加工来提高 效 率， 而 且 还 可 以 完 善 和 扩 展 数 控 机 床 的 功 能［５］， 可 解 决
＃１０５＝ ＃２５－ ＃１０１6
一些常规编程方法无法解决的问题。
＃１０６＝ ＡＴＡＮ［＃１０５］ ／［＃１０４］6 计算终止角 θ２ ＃１０９＝ ＃１０３6初始化角度 θｉ ＃１１２＝ ＃５００３6 初始化 Ｚｉ ＃１０７＝１； 定义角度增量△θ为 １°
３ 宏程序编制
＃１０３］6计算 Ｚ 坐标增量△ｚ ＷＨＩＬＥ ［＃１０９ ＬＥ］ ＤＯ １6 当未
插补到终点时执行循环 ＃１１０＝ ＃１００＋＃１０２HＣＯＳ ［＃１０９］6
计算 ｘｉ ＃１１１ ＝ ＃１０１ ＋＃１０２HＳＩＮ ［＃１０９］6
计算 ｙｉ Ｇ９０ Ｇ０１ Ｘ＃１０１ Ｙ＃１１０ Ｚ＃１１２
１ 宏程序功能简介
用户宏的最大特征有以下几个方面 ［２］： ①可以在用
户宏主体中使用变量； ②可以进行变量之间的运算； ③
可以用用户宏指令对变量进行赋值。使用用户宏时的主
要方便之处， 在于可以用变量代替具体数值， 因而在加
工同一类的工件时， 只需将实际的值赋予变量即可， 而
不 需 要 对 每 一 个 零 件 都 编 程 序 。ＦＡＮＵＣ 系 统 的 变 量 根
为：
θ１＝ＡＴＡＮ
［－ ［－
Ｊ］ Ｉ］
。圆弧终点相对于圆心在 Ｘ，
Ｙ 轴的
!ｘ２０＝ｘ２－ ｘ０
坐标增量（ ｘ２０，ｙ２０） 为：
， 则圆弧终点对应的终止角 ｙ２０＝ｙ２－ ｙ０
θ２ 为
：
θ２＝ＡＴＡＮ
［Ｙ２０］ ［Ｘ２０］
。
１７６
·数 控 机 床 世 界·
螺旋线采取用小段空间直线拟合， 在 ＸＹ 平面取角度
据变量号可以分为四种类型， 见表 １。 用 Ｇ××调用宏程序的方法 ［３］： ①将所使用宏主体程
表 １ 变量表
Ｔａｂ．１ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ
变量号
变量类型 功能
＃０
空变量 该变量总为空， 没有值能赋给该变量
＃１－ ＃３３
局部变量 用户宏中局部使用的变量
பைடு நூலகம்
＃１００－ ＃１９９ ＃５００－ ＃９９９
５ 总结
本文在 ＦＡＮＵＣ ０ＭＤ 数控系统上利用宏程序开发了 螺旋线插补指令功能， 分析了螺旋线插补的算法， 给出了 宏程序调用的方法。根据该算法可以调节变量值来控制
＃１０３＝ ＡＴＡＮ［－ ＃５］ ／［－ ＃４］6 计算起始角 θ１ ＃１０４＝ ＃２４－ ＃１００6 计算终点相对于圆心的坐标增量
面的示意图。螺旋