應(yīng)用宏程序變量編程，對可以用函數(shù)公式描敘的工件輪廓或曲面進行數(shù)控加工，是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一個重要的新功能和新方法，也是第二屆全國數(shù)控技能大賽實操考試主要考核點之一。但是，在一些地方的數(shù)控技能大賽中，數(shù)控宏程序編程的普及和應(yīng)用還有待進一步提高。例如：用數(shù)控車床加工公式曲線輪廓時，常需要使用宏程序，而很多數(shù)學(xué)和高級語言基礎(chǔ)較差的學(xué)生往往很難掌握好。
    在2006年第二屆湖北省“華中數(shù)控杯”數(shù)控技能大賽中，武漢市第二輕工業(yè)學(xué)校選手成績優(yōu)異，共有5名選手入選湖北省參加全國決賽代表隊，位居全省各企業(yè)和職業(yè)院校第一。這五名選手在全國決賽中全部進入各工種前十五名，其中，車海峰同學(xué)在全國決賽中獲得技校組數(shù)控銑床工種第四名，光榮獲得赴京參加第二屆全國數(shù)控技能大賽閉幕式暨頒獎儀式的機會。作者作為武漢市第二輕工業(yè)學(xué)校數(shù)控大賽選手指導(dǎo)教師和湖北省參加全國決賽選手集訓(xùn)班教練組成員，在對選手進行賽前集訓(xùn)時，為了讓學(xué)生盡快學(xué)會宏程序編程加工，與其他老師共同將數(shù)控車削加工中公式曲線宏程序編程制作成標準模板，方便參賽選手使用。從實際應(yīng)用的情況來看，如果參賽選手理解這個模板的原理，并且熟練掌握其編程方法，在時間非常寶貴和緊迫的數(shù)控實操比賽中，看清圖紙，直接套用模板，就可以正確、快速地完成宏程序的編制，達到圖紙的加工要求。
    以配置華中世紀星HNC-21TD系統(tǒng)的數(shù)控車床為例，在加工零件公式曲線輪廓時，使用粗加工循環(huán)指令結(jié)合精加工宏程序可以方便快捷地完成零件的粗精加工。現(xiàn)按照實際編程的順序步驟，結(jié)合三個實例，將公式曲線精加工宏程序模板的原理和使用辦法介紹如下： 

一、公式曲線宏程序編程模板的原理和使用步驟
1、如何選定自變量
1）公式曲線中的X和Z坐標任意一個都可以被定義為自變量，
2）一般選擇變化范圍大的一個作為自變量，如圖1，橢圓曲線從起點S到終點T，Z坐標變化量為16，X坐標變化量從圖中可以看出比Z坐標要小得多，所以將Z坐標選定為自變量比較適當。實際加工中我們通常將Z坐標選定為自變量。
3）根據(jù)表達式方便情況來確定X或Z作為自變量，如圖3，公式曲線表達式為Z=0.005X3，將X坐標定義為自變量比較適當。如果將Z坐標定義為自變量，則因變量X的表達式為：

其中含有三次開方函數(shù)在宏程序中不方便表達。
4）為了表達方便，在這里將和X坐標相關(guān)的變量設(shè)為#1、#11、#12等，將和Z坐標相關(guān)的變量設(shè)為#2、#21、#22等。實際中變量的定義完全可根據(jù)個人習(xí)慣進行定義。
2、如何確定自變量的起止點的坐標值 
    該坐標值是相對于公式曲線自身坐標系的坐標值。其中起點坐標為自變量的初始值，終點坐標為自變量的終止值。
如圖1所示，選定橢圓線段的Z坐標為自變量#2，起點S的Z坐標為Z1=8，終點T的Z坐標為Z2=-8。則自變量#2的初始值為8，終止值為-8。 
    如圖2所示，選定拋物線段的Z坐標為自變量#2，起點S的Z坐標為Z1=15.626，終點T的Z坐標為Z2=1.6。則#2的初始值為15.626，終止值為1.6。

如圖3所示，三次曲線段自身原點相對于編程原點的X軸偏移量ΔX=28.171，Z軸偏移量△Z=-39.144
5、如何判別在計算工件坐標系下的X坐標值（#11）時，宏變量#1的正負號。
1）根據(jù)編程使用的工件坐標系,確定編程輪廓為零件的下側(cè)輪廓還是上側(cè)輪廓：當編程使用的是X向下為正的工件坐標系，則編程輪廓為零件的下側(cè)輪廓，當編程使用的是X向上為正的工件坐標系，則編程輪廓為零件的上側(cè)輪廓。
2）以編程輪廓中的公式曲線自身坐標系原點為原點，繪制對應(yīng)工件坐標系的X＇和Z＇坐標軸，以其Z＇坐標為分界線,將輪廓分為正負兩種輪廓，編程輪廓在X＇正方向的稱為正輪廓，編程輪廓在X負方向的稱為負輪廓；
3）如果編程中使用的公式曲線是正輪廓，則在計算工件坐標系下的X坐標值（#11）時宏變量#1的前面應(yīng)冠以正號，反之為負。
如圖1所示，在X向下為正的前置刀架數(shù)控車床編程工件坐標系下，編程中使用的是零件的下側(cè)輪廓，其中的公式曲線為負輪廓，所以在計算工件坐標系下的X坐標值#11時宏變量#1的前面應(yīng)冠以負號。
如圖2所示，在X向下為正的前置刀架數(shù)控車床編程工件坐標系下，編程中使用的是零件的下側(cè)輪廓，其中的公式曲線為負輪廓，所以在計算工件坐標系下的X坐標值#11時宏變量#1的前面應(yīng)冠以負號。
如圖3所示，在X向下為正的前置刀架數(shù)控車床編程工件坐標系下，編程中使用的是零件的上側(cè)輪廓，其中的公式曲線為負輪廓，所以在計算工件坐標系下的X坐標值#11時宏變量#1的前面應(yīng)冠以負號。
6、如何套用宏編程模板
1）設(shè)Z坐標為自變量#2，X坐標為因變量#1，自變量步長為ΔW，則公式曲線段的精加工程序宏指令編程模板如下： 
 

2）設(shè)X坐標為自變量#1，Z坐標為因變量#2，自變量步長為ΔU，則公式曲線段的精加工程序宏指令編程模板如下：

 
二、公式曲線宏程序編程模板的具體應(yīng)用實例 
    運用以上公式曲線宏程序模板，結(jié)合粗加工循環(huán)指令，就可以快速準確實現(xiàn)零件公式曲線輪廓的編程和加工。具體應(yīng)用示例如下：
例1：如圖1所示零件的外輪廓粗精加參考程序如下（設(shè)毛坯為直徑25毫米的棒料）：

%0001（程序頭）
T0101（調(diào)用01號外圓刀及01號刀具偏置補償）
G90 M03 S700（絕對值編程；主軸以700轉(zhuǎn)/分正轉(zhuǎn)）
G00 X33 Z2（快速定位到粗加工循環(huán)起點）
G71 U1 R0.5 P10 Q20 X0.6 F100（外徑粗車循環(huán)）
N10 G01 X10 F60 S1000（精加工起始程序段）
Z-10
X24
Z-22（公式曲線起點）
#2=8（設(shè)Z為自變量#2，給自變量#2賦值8：Z1=8）
WHILE #2 GE [-8]（自變量#2的終止值-8：Z2=-8） 
 
#11=-#1+15（工件坐標系下的X坐標值#11：編程使用的是負輪廓，#1前冠以負；ΔX=15）
#22=#2-30（工件坐標系下的Z坐標值#22：ΔZ=-30）
G01 X[2*#11] Z[#22]（直線插補，X為直徑編程）
#2=#2-0.5（自變量以步長0.5變化）
ENDW（循環(huán)結(jié)束）
N20 G01 Z-50(精加工終止程序段)
G00 X100 Z80(快速定位到退刀點)
M30(程序結(jié)束)

 例2：如圖2所示零件的外輪廓粗精加參考程序如下（設(shè)毛坯為直徑33毫米的棒料）：

%0002（程序頭）
T0101（調(diào)用01號外圓刀及01號刀具偏置補償）
G90 M03 S700（絕對值編程；主軸以700轉(zhuǎn)/分正轉(zhuǎn)）
G00 X33 Z2（快速定位到粗加工循環(huán)起點）
G71 U1 R0.5 P10 Q20 X0.6 F100（外徑粗車循環(huán)）
N10 G01 X10 F60 S1000（精加工起始程序段）
Z-10
X15（公式曲線起點） 
 
#11=-#1+20（工件坐標系下的X坐標值#11：編程使用的是負輪廓，#1前冠以負；ΔX=20）
#22=#2-25.626（工件坐標系下的Z坐標值#22：△Z=-25.626）
G01 X[2*#11] Z[#22]（直線插補，X為直徑編程）
#2=#2-0.5（自變量以步長0.5變化）
ENDW（循環(huán)結(jié)束）
N20 G01 Z-35(精加工終止程序段)
G00 X100 Z80(快速定位到退刀點)
M30(程序結(jié)束)

例3：如圖3所示零件的外輪廓粗精加參考程序如下（設(shè)毛坯為直徑57毫米的棒料）：

%0003（程序頭）
T0101（調(diào)用01號外圓刀及01號刀具偏置補償）
G90 M03 S700（絕對值編程；主軸以700轉(zhuǎn)/分正轉(zhuǎn)）
G00 X57 Z2（快速定位到粗加工循環(huán)起點）
G71 U1 R0.5 P10 Q20 X0.6 F100（外徑粗車循環(huán)）
N10 G01 X20 F60 S1000（精加工起始程序段）
Z-13
X24
Z-18（公式曲線起點）
#1=16.171（設(shè)X為自變量#1，給自變量#1賦值16.171：X1=16.171）
WHILE #1 GE 7.368（自變量#1的終止值7.368：X2=7.368）
#2=0.005*#1*#1*#1（因變量#2：，用#1、#2代替X、Z）
#11=-#1+28.171（工件坐標系下的X坐標值#11：編程使用的是負輪廓，#1前冠以負；ΔX=28.171）
#22=#2-39.144（工件坐標系下的Z坐標值#22：△Z=-39.144）
G01 X[2*#11] Z[#22]（直線插補，X為直徑編程）
#1=#1-0.5（自變量以步長0.5變化）
ENDW（循環(huán)結(jié)束）
G01 X50 R2
Z-42.144 R2
X56
N20 Z-55((精加工終止程序段)
G00 X100 Z80(快速定位到退刀點)
M30(程序結(jié)束) 

    以上例題都在配置華中世紀星HNC-21TD系統(tǒng)的數(shù)控車床上實際運行通過。如果使用配置其它數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，也只需簡單修改個別語句，公式曲線宏程序編程模板即可使用。在2006年第二屆湖北省“華中數(shù)控杯”數(shù)控技能大賽中，我校參賽選手采用這個編程模板進行編程加工，每人節(jié)約了30分鐘左右的時間。現(xiàn)在將這個編程模板公布出來，希望各地教練和選手能夠和我們聯(lián)系，共同探討并且提出寶貴意見，為我國數(shù)控技能人才培養(yǎng)和數(shù)控技術(shù)發(fā)展做出更大的貢獻！