数控车床子程序应用探讨

国家职业资格全国统一鉴定
数控车床论文
（国家职业资格二级）
论文题目数控车床子程序应用探讨
姓名：向巨明
身份证号： 513002************
准考证号：
所在省市：四川省自贡市所在单位：自贡职业技术学校
数控车床子程序应用探讨
向巨明
（自贡职业技术学校自贡市643000）
摘要：本文介绍了在数控车床上，如何运用子程序及子程序调用指令进行手工编程，使其可以比较方便、快捷的解决复杂零件的编程问题，不
失为一种值得研究和推广的编程技巧，有利于解决教师教学、学生学习、
工人生产中所遇到的一些实际编程问题。

关键词：数控车床 , 手工编程 , 子程序，子程序调用
随着数控技术的发展，数控加工在机械制造加工中的应用越来越广泛，数控机床的种类也越来越多，功能也越来越多、越来越强；然而，这对于从事数控加工的教学、学
习、工作的人员却是一个不小的困难，特别是教师和学生，要面面俱到的学习和掌握各
种数控系统是非常困难的、也是不切实际的；但是，目前在国内应用比较多的是经济型
数控车床和经济型数控铣床，尤以经济型数控车床应用最多，即便如此，要掌握各种数控系统的编程指令也不是一件容易的事。

为此，笔者就多年从事数控设备与编程教学及学生实训指导工作的经验，对在数控车床上如何运用子程序进行手工编程做了一些研
究，此方法虽不及应用复合循环指令编程那样简单方便，但一方面可以在不需要掌握复杂的复合循环指令的情况下实现复杂零件的编程，另一方面比单纯用简单指令编程要快捷方便得多；本文以 GSK980TD系统为例介绍子程序在数控车床的应用，以求抛砖引玉。

1子程序及子程序调用指令
虽然数控机床、数控系统的种类、型号繁多，数控编程G指令代码及格式也不尽相同，但是，目前国内应用比较多的是：FANUC数控系统（法拉克）、SINUMERIK数控系统（西门子）、GSK数控系统（广州数控）、HNC数控系统（华中数控），这四大类数控系统
的子程序格式及子程序调用指令的代码和格式是基本一致的，其用法也大同小异，。

1.1 子程序的概念
为简化编程 , 当相同或相似的加工轨迹、控制过程需要多次使用时，可以把该部分的程序指令编辑为独立的程序进行调用。

调用该程序的程序称为主程序 ( 以 M30 或 M02 结束 ) ，被调用的程序称为子程序﹙以 M99结束﹚。

子程序和主程序一样占用系统的程序容量和存储空间，子程序必须有自己独立的程序名，子程序可以被其它任意主程序调
用，也可以独立运行；子程序结束后就返回到主程序中继续执行[1][2]。

1.2 子程序调用
目前，子程序调用指令代码及格式基本统一为： M98 P○○○○ □□□□，其○内四位数字表示子程序调用次数（前导无效零可以省略，调用一次可以省略），□内四
位数字表示被调用的子程序的程序号，子程序号必须为四为数[1][2]。

2数控车床应用子程序编程举例
如图 1 所示的零件，毛坯材料为 45 钢，直径为φ 65mm 的园型材[3]。

该零件是应用封闭循环指令（ G73）编程的典型例子，但用子程序编程也很方便，在此应用子程序来
编程，读者可以与应用G73 编程进行比较。

图 1 加工零件举例
其数控加工程序如下：
O0001;主程序号。

N0010 T0202;调用 2 号粗车刀，执行 2 号刀补
N0020 G00 X100 Z150 ;快速定位到换刀点
N0030 M03 S700;主轴正转，转速 700r/min
N0040 G00 X66 Z128.17;快速定位
N0050 G01 X0 F80;车右端面
N0060 G00 X66.5 Z130;快速定位到初车对刀点
N0070 M98 P220002;调用 0002 号子程序22 次，并留 0.5mm 的精车余量
N0080 G00 X100 Z200;快速退回换刀点
N0090 T0101 S1200;换 1 号精车刀，执行 1 号刀补，主轴转
速 1200r/min
N0100 G00 X3 Z130;快速定位到精车起刀点
N0110 M98 P0003;调 0002 号子程序 1 次进行精车
N0120 G00 X100 Z200;快速退刀到换刀点
N0130T0303 S500;换 3 号切断刀，执行 3 号刀补，主轴转速500r/min
N0140 G00 X66 Z-3;快速定位到切断对刀点（设切断刀刀宽3mm）
N0150 M98 P650004;调 0003 号子程序 66 次进行切断
N0160 G00X100;X方向回换刀点
N0170 Z200;Z方向回换刀点
N0180 T0200;换回 1 号粗车刀，取消刀补
N0190 M30;主程序结束
%
O0002;子程序号
N0010 G00 U-3;X方向快进 3mm
N0020 G01 Z128.17;Z方向进刀到右端面
N0030 G03 U40 Z70 R36;逆园插补，车R36园弧
N0040 G02 U0 Z40 R30;顺园插补，车R30园弧
N0050 G01 Z20;直线插补，车∮ 40 外园
N0060 U24;车台阶面
N0070 Z-25;车φ64 外园
N0080 U1;让刀 1mm
N0090 G00 Z130;Z方向快速返回前一次切削起点
N0100 U-65;X方向返回前一次切削起点
N0110 M99;子程序结束
%
O0003;子程序号
N0010 G01 U-2 F20;X方向进刀 2mm
N0020 G00 U1;X方向退刀 1mm
N0030 M99子程序结束
%
又如： M98 P1234L4
主程序调用同一子程序执行加工，最多可执行 999 次，且子程序亦可再调用另一子程序执行
加工，最多可调用 4 层子程序 ( 不同的系统其执行的次数及层次可能不同 ) 。

例：以 HNC-21T系统子程序指令，加工图2-11 工件上的四个槽。

分别编制主程序和子程序如下：
主程序
%123；
M3 S600 G95 T0101；
G00 X82.0 Z0 ；
M98 P1234 L4 ；( 调用于程序1234 执行四次，切削四个凹槽)
X150.0 Z200.0 ；
M30；
子程序
%1234；
W-20.0；
G01 X74.0 F0.08 ；
G00 X82.0 ；
M99；
M99指令也可用于主程序最后程序段，此时程序执行指针会跳回主程序的第一程序段继续
执行此程序，所以此程序将一直重复执行，除非按下RESET键才能中断执行。

3子程序在数控车床上的应用场合
从前面所举例子（仅例举了两种）可以看出，子程序在数控车床上的
应用场合是非常广泛的，并不仅仅局限于局部轮廓的加工编程，它完全可
以取代那些复杂的循环指令来进行复杂零件的编程。

归纳起来，子程序在
数控车床上的应用主要可以用于以下几个方面：
1）代替径向、端面单一固定循环指令进行简单零件的粗、精加工。

2）代替径向、端面复合循环指令进行尺寸单调变化零件的粗、精加工。

3）代替封闭循环指令进行尺寸非单调变化及铸、锻件毛坯的粗、精加
工（如前例）。

4）代替切槽循环指令进行切槽、切断（如前例）。

5）进行局部轮廓的粗、精加工(常用 )。

4子程序编程要点
（1）粗车起刀点：起刀点的 X 坐标一般比毛坯右端外轮廓直径大 1～
2mm（外轮廓加工），或者比毛坯右端内孔直径小 1～2mm（内轮廓加工），同时，需要考虑Ｘ方向的精加工余量（精车余量也可通过修改粗车刀的刀
补值来设定）；Z 坐标定在毛坯右端面以右1～2mm 处，可不留精加工余量。

其目的是防止起刀时撞刀。

（2）精车起刀点： Z 坐标可与粗车时相同； X 坐标 =精车起点的 X 坐标±子程序的径向进刀量，“+”号用于外轮廓，“－”号用于内轮廓。

（3）子程序调用次数：调用次数=（粗车起刀点的X 坐标±精加工起点的 X 坐标±精加工余量）÷径向进刀量；“－”号用于外轮廓，“＋”号用于内轮廓；调用次数必须为整数。

（4）循环点的返回：当在同一处需多次调用同一个子程序时，一次切
削完毕后需要返回到前一次的切削起点，即让子程序自身成为一个封闭循
环体。

其确定方法为： X 方向返回距离为一次切削时 X 方向的坐标增量，
Z 方向返回距离为一次切削时 Z 方向的坐标增量。

注意在返回时刀具不能与
工件发生碰撞，为此，一般应先沿 X 方向退刀到零件径向最大尺寸以外，再沿 Z 方向返回，最后进行 X 方向的径向补偿。

5子程序编程的优缺点
5.1 子程序编程的优点
（1）只需要掌握基本 G 功能指令（ G00 G01 G02 G03）,不需要掌握复杂的循环指令（ G90、 G94 、G71、 G72、 G73、G74、 G75 等），应用子程序及子程序调用指令M98 即可编制复杂零件的加工程序。

一方面避免掌握复杂的循环指令，另一方面又避免使用简单指令编程的繁琐。

（2）不受零件轮廓形状限制。

即可用于尺寸单调变化的零件，又可
用于尺寸非单调变化的零件。

（3）应用场合多样。

即可用于零件整体轮廓的编程，又可用于零件
局部轮廓的编程。

（4）主程序简单明了。

在主程序中只有换刀、刀具定位及一些辅助功
能指令，而主要的切削加工程序内容都放在子程序中，这样使主程序显得
非常简单；而子程序只需按零件形状、尺寸编写即可。

（5）在使用宏程序编程时很方便用子程序的调用。

5.2 子程序编程的缺点
（1）当切削起点与终点直径相差较大时，切削空行程较多，切削效
率不如复合循环指令。

（2）起刀点、进刀量、调用次数等数据间的关系要准确把握。

（3）与用复合循环指令编程相比，总的程序段数相对较多、编程稍
显复杂。

（4）多数时候都需要采用增量坐标编程，特别是径向坐标。

6结束语
前面讨论了子程序在数控车床手工编程中的应用，如果掌握了其方法和要领，运用起来是非常方便适用的。

特别是大中专学生及其他人员在就业
应聘时，在不十分了解应聘单位的设备、系统的情况下，运用子程序及子
程序调用就可以很方便的进行编程；同时，采用子程序编程进行新设备的
数控系统测试以及在实际生产中应用也是方便可行的。

因此，在数控车床
上应用子程序及子程序调用来实现手工编程是有其应用价值的，值得深入
研究和推广。

参考文献
[1]毛华杰 . 数控设备与编程 . 北京：北京邮电大学出版社， 2007， P20
[2]GSK980TD 数控车床使用手册， 2007， PⅠ -16 PⅡ -2～Ⅱ -3
[3]于万成，数控加工工艺与数控编程，北京：人民邮电出版社，2006，P95。