數(shù)控機(jī)床的編程技巧

通過介紹在數(shù)控加工過程中“自動編程”與“手工編程”之間的區(qū)別及聯(lián)系，使編程人員對編制數(shù)控加工程序有一定的認(rèn)識，掌握數(shù)控加工編程的技巧。

    隨著機(jī)械加工方法的不斷發(fā)展和完善，現(xiàn)代化的數(shù)控加工機(jī)床越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中。數(shù)控機(jī)床有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：

    （1）能完成很多普通機(jī)床難以完成或者根本不能加工的復(fù)雜型面的零件加工；

    （2）可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量；

    （3）幾乎不需要專用工裝、量具，可以提高生產(chǎn)率；

    （4）可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，提高經(jīng)濟(jì)效益；（5）可以大大減輕工人的勞動強(qiáng)度。

    由于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)所決定，以下幾種情況大都采用數(shù)控機(jī)床來加工：   

    （1）對于單件、中小批量生產(chǎn)；

    （2）形狀比較復(fù)雜、精度要求較高的零件加工；

    （3）產(chǎn)品更新頻繁、生產(chǎn)周期要求短的加工。本單位加工的零件都是小批量高精度的零件，其生產(chǎn)加工特點(diǎn)決定很多零、部件需要用數(shù)控機(jī)床加工完成，所以在元器件生產(chǎn)加工線技術(shù)改造時(shí)，共購進(jìn)外國數(shù)控設(shè)備四臺，包括CTXS00數(shù)控車床、FPSCC/T和FP4CC數(shù)控銑床、M2125數(shù)控沖床。其中CTX500數(shù)控車床、FPSCC/T和FP4CC數(shù)控銑床無自動編程軟件，加工程序由工藝人員用C代碼進(jìn)行手工編制完成。經(jīng)過近幾年摸索和使用，積累了加工經(jīng)驗(yàn)，并總結(jié)出幾點(diǎn)手工編程的步驟和技巧供大家參考。

    所謂的“數(shù)控機(jī)床的程序編制”是指由分析零件圖樣到程序檢驗(yàn)、加工樣件的全部過程。數(shù)控機(jī)床程序編制的方法有二種，即手工編程和自動編程。

1 數(shù)控機(jī)床程序編制方法 

    1.1手工編程 

    是指編制零件加工程序的各個(gè)步驟，即從零件圖樣分析及工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫程序單直至程序檢驗(yàn)，均由人工完成，稱為“手工程序編制”。

    1.2自動編程 

    使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床程序編制工作，也即由計(jì)算機(jī)自動進(jìn)行數(shù)值計(jì)算編制零件加工程序單。“自動程序編制”，在這里程序編制工作的大部分或全部由計(jì)算機(jī)來完成。

    對于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，程序編制計(jì)算比較簡單，程序段不多�？蛇M(jìn)行手工編程。但對于輪廓形狀不是由簡單的直線、圓弧組成的復(fù)雜零件，特別是空間曲面零件以及程序量很大，計(jì)算相當(dāng)繁瑣易出錯(cuò)、難校對的零件，手工編制程序是難以完成的，甚至是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，為了縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，減少出錯(cuò)率，解決各種復(fù)雜零件的加工問題，必須采用“自動編程”方法。

    隨著微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及大量的各種各樣軟件的開發(fā)和完善，自動編制程序已有了更進(jìn)一步的發(fā)展。利用CAM軟件，由工藝人員進(jìn)行圖形輸入即三維造型，或?qū)⒃O(shè)計(jì)人員用CAD設(shè)計(jì)的零件通過數(shù)據(jù)傳輸直接輸入編程軟件，再由工藝人員確定刀具、走刀路線、合理的切削用量等后，由計(jì)算機(jī)自動生成數(shù)控程序，并可在微機(jī)上進(jìn)行模擬顯示、三維仿真，以利用程序檢驗(yàn)，最終通過接口將程序傳輸給數(shù)控機(jī)床。

2  手工編程 

    由于編程軟件及相應(yīng)微機(jī)的購置，需要大量資金，而且其技術(shù)含量和技術(shù)難度也較大，這在一定程度上影響了自動編程的普及使用，正因?yàn)槿绱�，我們目前較多的還是使用手工編程。

    對于手工編程，要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的程序編制過程進(jìn)行一步步具體操作，現(xiàn)將其操作步驟和要求總結(jié)如下：

    2.1分析零件圖樣和工藝處理 

    這是一個(gè)工藝人員的基本技能要求，要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對零件圖樣進(jìn)行工藝分析，明確加工內(nèi)容和要求，確定加工方案，選擇裝夾基準(zhǔn)和裝夾夾具，確定合理的走刀路線，選擇合理的切削用量等。

    在數(shù)控機(jī)床編程中，零件的定位和裝夾比較重要，應(yīng)以迅速完成工件的定位和夾緊過程、減少輔助時(shí)間、便于協(xié)調(diào)工件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系為主，在裝夾完成后，選擇正確的對刀點(diǎn)，即成為重要的一步。

    “對刀點(diǎn)”是指在數(shù)控加工時(shí)，刀具相對工件運(yùn)動的起點(diǎn)，也是程序運(yùn)行的起點(diǎn)，也稱謂“程序原點(diǎn)”。

    對刀點(diǎn)的選擇原則：①所選擇的對刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡單；②為提高零件的加工精度，對刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上；③對刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正并在加工過程中便于檢查的位置；④引起的加工誤差最小的位置。

    對刀點(diǎn)選擇完成后，就應(yīng)選擇合理的刀具，應(yīng)根據(jù)加工零件的材料、加工工藝內(nèi)容以及相關(guān)加工因素來正確選擇，力求剛性好、精度高、使用壽命長。刀具選擇好后，選擇合理的走刀路線，這是數(shù)控編程中走刀路線的選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：

    ①盡量縮短走刀路線，減少空走刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；

    ②能保證加工零件的精度和表面粗糙度要求；

    ③能簡化數(shù)值計(jì)算，減少程序段數(shù)目和編程工作量；

    ④盡量減少換刀次數(shù)，用一把刀具盡量加工完成相關(guān)工序。

    走刀路線選擇后，即可根據(jù)零件材料和實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，數(shù)控加工的內(nèi)容和工序，以及選擇好的走刀路線，進(jìn)行切削用量的合理確定，以便于程序編制時(shí)輸入刀具參數(shù)表中。

    2.2 數(shù)據(jù)處理 

    在分析零件圖樣和工藝處理完成后，即可根據(jù)零件的幾何形狀和加工路線來計(jì)算刀具的運(yùn)動軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。對于手工編制的由圓弧和直線組成的平面零件，主要是計(jì)算零件輪廓的相鄰幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)坐標(biāo)值，以得出幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)及圓弧的圓心坐標(biāo)值等。

    2.3 編寫零件加工程序 

    工藝分析和數(shù)據(jù)計(jì)算完成后，編程人員就可用非常熟悉的數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，按照規(guī)定的程序格式，逐段逐步編寫加工程序。

    目前，我們編寫加工程序這一步是在微機(jī)上完成的。首先，它是由編程人員在人工完成工藝分析和數(shù)據(jù)計(jì)算后，在微機(jī)上輸入加工程序；然后，在微機(jī)上進(jìn)行程序的調(diào)試、模擬、檢驗(yàn)和修改；最后將完善好的加工程序由微機(jī)直接輸入到數(shù)控機(jī)床，避免了人工將程序輸人機(jī)床的中間環(huán)節(jié)。因此，這是一種介于手工編程和自動編程之間的方法，既有人工完成的工藝分析和數(shù)據(jù)計(jì)算，又有自動編程所具有的自動模擬加工顯示和程序自動傳輸。它不具備自動編程的意義，但為實(shí)際上的手工編程起到方便、快捷、準(zhǔn)確的作用。

3體會 

    以上述數(shù)控機(jī)床的程序編制過程和具體步驟來看，要編制出準(zhǔn)確、合理、優(yōu)化的數(shù)控程序，編程人員必須具備極強(qiáng)的專業(yè)工藝知識、敏捷的幾何計(jì)算思維和熟練的數(shù)控機(jī)床知識，這三者中除熟練的數(shù)控機(jī)床知識需要專門培訓(xùn)外，其余部分都需要長期的經(jīng)驗(yàn)積累和學(xué)習(xí)。根據(jù)多年的實(shí)際加工生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們也得出一些體會：

    （1）對于少量零件，因?yàn)橹饕�是滿足其加工精度和粗糙度，在工藝分析處理時(shí)應(yīng)盡量滿足一次裝夾全面加工，并保證程序零點(diǎn)和圖紙的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，從而保證零件加工的精度要求。而優(yōu)化走刀路線和提高生產(chǎn)效率可作為次要問題來考慮。

    （2）由于機(jī)床控制系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)行對于一些簡單的圖形要素如：方形、圓形、直線或圓周排列的孔等都有特殊的C代碼來實(shí)現(xiàn)，所以為避免數(shù)學(xué)計(jì)算過多而引起錯(cuò)誤，我們不計(jì)算刀具有加工這些簡單圖形要素時(shí)的每步具體位置，而是給出其最終要求，由控制系統(tǒng)來完成計(jì)算加工，但是這些G代碼命令及其參數(shù)的使用有一定的技巧性，需要熟練掌握。

    （3）當(dāng)零件的相鄰幾何圖形有相切、相交等現(xiàn)象，而這些相切或相交點(diǎn)并無尺寸和坐標(biāo)時(shí)，我們只需判斷給定尺寸的幾何圖素是否構(gòu)成唯一的相切或相交點(diǎn)即可，如果給定的幾何圖形能確定唯一相切或相交點(diǎn)，則編制程序時(shí)我們不再作數(shù)學(xué)處理而由控制系統(tǒng)計(jì)算。

    （4）數(shù)控機(jī)床的加工一般都為精加工工序，所以它所用的毛坯的平面度、垂直度、平行度都應(yīng)有較高要求。為保證其加工基準(zhǔn)的一致性，最好是在裝夾后，由數(shù)控機(jī)床將加工基準(zhǔn)再加工一刀。

圖1  加工零件圖

4 編程實(shí)例 

    下面是一個(gè)較為復(fù)雜典型的數(shù)控銑床加工零件（圖1）的實(shí)例，我們按數(shù)控機(jī)床編制程序過程作如下分析，供大家作為參考：

    4.1裝夾方式 

    因該零件外形較規(guī)則，為了裝夾方便，采用平口虎鉗裝夾。

    4.2 對刀點(diǎn)（程序原點(diǎn)） 

    與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)一致。

    4.3 選擇刀具 

    選用鏈槽銑刀。

    4.4 走刀路線 

    采用HAPPY軟件中的銑槽特殊功能和打排孔特殊功能。先銑槽，再銑周圍的臺階，最后鉆孔。

    4.5 程序編制特點(diǎn) 

    編程原點(diǎn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，走刀路線最短，采用的刀具少，裝夾次數(shù)少且裝夾方便，容易測量，完全能保證加工精度，減少了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。