數(shù)控車加工非圓曲線編程探討

張哲方

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進步，現(xiàn)代化制造業(yè)較之傳統(tǒng)制造業(yè)取得了相當(dāng)大的進步，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備是現(xiàn)代化制造業(yè)的基礎(chǔ)，它們的發(fā)展水平關(guān)系到國家的經(jīng)濟發(fā)展、綜合國力和戰(zhàn)略地位，因此，我國在數(shù)控技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面采取了重大措施，使我國數(shù)控領(lǐng)域得到可持續(xù)發(fā)展。本文簡要介紹了數(shù)控機床的概念，詳細(xì)論述了數(shù)控加工和數(shù)控加工的編程方法，并且重點研究了非圓曲線的編程方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；數(shù)控加工；非圓曲線加工；編程方法

前言：數(shù)控技術(shù)也叫做數(shù)字化控制技術(shù)，是一種按照控制程序，控制程序是工作人員用計算機事先編好的，來執(zhí)行對機械設(shè)備的運動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能，進行機械零件加工的技術(shù)，計算機軟件的應(yīng)用代替了原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，實現(xiàn)了存儲數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、運算數(shù)據(jù)、邏輯判斷等各種控制機能，是制造業(yè)信息化的重要組成部分。隨著智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)向著高效率、高質(zhì)量、高精度的方向發(fā)展。數(shù)控技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空航天國防工業(yè)等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，以提高制造能力和水平，提高對市場的適應(yīng)力和競爭力，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是制造業(yè)成為信息化的象征，對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展起著越來越重要的作用，因此，為實現(xiàn)經(jīng)濟迅速發(fā)展、提高綜合國力和國家地位，必須大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代化制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。

1.數(shù)控機床

數(shù)控機床也叫做數(shù)字控制機床，是一種裝有能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序控制系統(tǒng)，并通過譯碼，用代碼化的數(shù)字表示出來，通過信息載體輸入數(shù)控裝置，經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出的各種控制指令，來控制機床的動作，按照圖紙要求的尺寸和形狀，自動的將零件加工出來的自動化機床，具有高度柔性、高精度、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、加工效率高、自動化程度高等優(yōu)點，數(shù)控機床能夠很好地解決復(fù)雜、精密、小批量、多品種零件的加工。數(shù)控機床的基本組成包括加工程序載體（主機）、伺服與測量反饋系統(tǒng)、數(shù)控裝置、數(shù)控機床輔助裝置、機床主體。數(shù)控機床在制造業(yè)，尤其是汽車、航空航天和軍事工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、高效率、高精度、綠色化等成為數(shù)控機床的發(fā)展趨勢和研究方向。

數(shù)控車床是集機械、電氣、液壓等多技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品，是目前國內(nèi)使用量最大、覆蓋面最廣的一種自動化數(shù)控機床，配備了我們必須使用工位刀塔和動力刀塔，其工藝性能具有廣泛性，可以加工成各種復(fù)雜的形狀，減小了工作的繁雜程度，同時還具有各種補償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。

2.數(shù)控加工和數(shù)控編程

數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容為：確定工序內(nèi)容；確定加工方案；制定工藝路線；設(shè)計加工工藝。

加工路線的確定在加工過程中具有重要的地位，因為每道工序加工路線的確定都非常重要，它與零件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。數(shù)控機床編程準(zhǔn)備的工藝事項，數(shù)控機床是一種高效率的設(shè)備，若要充分發(fā)揮它的高效率，我們必須掌握數(shù)控機床的性能、特點、操作方法等，同時還要確定加工方案，對于加工方案，我們應(yīng)根據(jù)零件的具體條件，選擇經(jīng)濟合理的工藝方案。工藝事項包括：工藝劃分、零件裝夾方法、零件的工藝編制。工序劃分又有按所用刀具劃分工序、按粗細(xì)加工劃分工序、按先面后孔的原則劃分工序。我們要遵守保證精度，提高生產(chǎn)效率的加工工序劃分原則。

3.非圓曲線的編程

隨著數(shù)控機床的不斷普及，機械加工中常應(yīng)用到非圓曲線（比如橢圓、雙曲線、拋物線等）零件的，規(guī)則曲線的編程方法已經(jīng)無法滿足人們對于非圓形曲線編程的需求，非圓形曲線零件具有復(fù)雜性、尺寸不一、要求精確度高、品種繁多且批量少等特點，這就迫切需要對非圓形曲線零件的加工編程方法進行研究。非圓弧曲線是作為直線、圓弧插補的一個補充，其編程方法主要通過采用數(shù)控自動編程軟件或者宏程序編程實現(xiàn)。

3.1.宏程序編程

宏程序加工，是用公式進行零件加工的方法。我們要了解宏程序中的變量、變量間運算指令、控制語句的內(nèi)容，我們可以使用變量進行數(shù)學(xué)運算、邏輯運算和函數(shù)的混合運算，另外還可以通過循環(huán)語句、子程序、分支語句等進行各種復(fù)雜的零件的加工，宏程序編程適用于拋物線、橢圓、雙曲線等沒有插補指令的非圓曲線的編程，只是尺寸不同、位置參數(shù)不同的系列零件的編程。當(dāng)零件的形狀沒有改變但是尺寸發(fā)生改變時，只能重新進行編程，缺乏靈活性和適用性，通過宏程序編程，我們只需要在宏程序編程中給要發(fā)生變化的尺寸加上幾個變量再加上必要的公式就可以了，當(dāng)尺寸發(fā)生變化時只需要改變這幾個變量的賦值參數(shù)。宏程序編程可以用函數(shù)公式來描述零件的輪廓或者曲面，在數(shù)控編程中，宏程序不僅可以實現(xiàn)像子程序那樣，對編制形同加工操作的程序非常有用，還可以完成子程序無法實現(xiàn)的特殊功能，減少手工編程中繁瑣的數(shù)值計算，以及簡化程序量，提高加工效率。宏程序結(jié)構(gòu)流程為：開始；給常量賦值；給變量賦值；計算坐標(biāo)值；指令機床沿著曲線移動X、Z坐標(biāo)；變量遞增或者遞減；判斷是否到達終點，如果未到終點，執(zhí)行計算坐標(biāo)值命令；如果達到終點，則結(jié)束。

在數(shù)控編程中，宏程序編程靈活、高效、快捷，是加工編程的重要補充。例如我們生活中經(jīng)常用到的FANUC數(shù)控系統(tǒng)用戶宏程序，它是由包含變量、包含算數(shù)或邏輯運算的程序段、包含控制語句、包含宏程序調(diào)用指令的程序段構(gòu)成。其變量種類有四類：空變量該變量總是空，局部變量，公共變量，系統(tǒng)變量。這四種變量各自有各自的功能在數(shù)控編程中具有重要的作用。

FANUC宏程序的轉(zhuǎn)移和循環(huán)，其中包含無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移，其中后者也就是我們經(jīng)常說的IF語句。宏程序的運算符包括EQ、NE、GT、GE、LT等。FANUC數(shù)控車削宏程序有宏程序和程序中調(diào)用宏程序的指令，其中用戶宏程序有兩個要點：在宏程序中存在變量和宏程序能依據(jù)變量完成某個具體操作。其特點是：1.可以進行變量的運算，還可以使用各種語句。2.依據(jù)變量，得到計算好的變量值，3.通用性強，曲線的各種參數(shù)可用變量表示。

宏程序編程的基本原理是用戶用數(shù)量作為數(shù)據(jù)進行編程，變量在編程中充當(dāng)媒介作用，以后也可以在程序中重新再賦值，原來內(nèi)容被賦值所代替，最終可以用簡單的直線或者圓弧線呈現(xiàn)出和理想輪廓曲線相近的曲線。宏變量可以進行循環(huán)嵌套和局部變量。

宏程序零件編制實例，例如我們經(jīng)常用到的拋物線宏程序的應(yīng)用，如圖所示，已知前端橢圓的方程為拋物線，Z=-X2/24.2。設(shè)X軸布局為0.06，原始毛坯為φ30×70，T01為粗車刀，T02為精車刀，尺寸如圖所示，編寫加工程序。計算拋物線線低的直徑：將Z=20帶入，直徑為φ22mm。運用調(diào)用子程序或符合循環(huán)法進行計算。

3.2.自動編程

自動編程是使用CAD軟件制作零件或產(chǎn)品模型，再利用軟件的CAM功能生成數(shù)控加工程序。自動編程需要借助專門的數(shù)控編程軟件來實現(xiàn)，自動編程的數(shù)學(xué)處理能力強、后置處理程序靈活，程序自檢、糾錯能力強、便于實現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通訊、生成迅速、質(zhì)量高、錯誤率小等優(yōu)點。自動編程可以分為語言數(shù)控自動編程、圖形交互自動編程 、語音提示自動編程、數(shù)字化儀自動編程。自動編程適用于中等復(fù)雜程度、計算量不大、人工難以完成的零件加工的編程，掌握并充分利用CAD/CAM軟件進行非圓曲線數(shù)控加工，可以大大提高設(shè)計效率和質(zhì)量，減少編程時間，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)越性，提高整體生產(chǎn)制造水平。

自動編程采用圖形交互式自動編程，即計算機輔助編程，也稱為CAD/CAM系統(tǒng)，是將CAD（計算機輔助設(shè)計）與CAM（計算機輔助制造）高度結(jié)合的自動編程系統(tǒng)。

數(shù)控機床自動編程指的是用計算機代替手工進行編程，用計算機自動計算數(shù)值，編寫零件的規(guī)格型號，自動打印加工程序單，并將其記錄在數(shù)控介質(zhì)上，數(shù)控加工中，加工程序編制的工作量大，手工編程只能適應(yīng)簡單的數(shù)控加工，因此數(shù)控機床發(fā)展的同時，人們已經(jīng)開展了自動編程技術(shù)的研究。數(shù)控機床的自動編程主要有語言自動編程和圖文交互式自動編程兩類，未來的發(fā)展將會更多地被應(yīng)用。

4.結(jié)束語

數(shù)控車加工中對非圓曲線編程時，運用宏程序編程方法，具有程序結(jié)構(gòu)簡單，使用方法靈活的優(yōu)點；采用數(shù)控自動編程軟件進行編程，大大減少了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，降低了誤差，簡化了程序，方便快捷。在非圓曲線零件加工中選擇合適的數(shù)控加工方法，在現(xiàn)代化的信息時代，可以大幅度提高非圓曲線零件的加工效率和加工質(zhì)量，可以滿足現(xiàn)代化制造也對于高精度非圓曲線零件的加工需求，實現(xiàn)經(jīng)濟效益，對數(shù)控技術(shù)及行業(yè)的發(fā)展起重要促進作用，提高現(xiàn)代化制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的市場競爭力和適應(yīng)力。

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