淺談數(shù)控編程與數(shù)控加工的聯(lián)系與分工

呂波厚 姚軍偉 姜文超

摘要：數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)綜合應(yīng)用的加工設(shè)備，從機(jī)床的設(shè)計(jì)制造到數(shù)控編程加工構(gòu)成一個(gè)完整的體系，本文從數(shù)控加工編程理論分析入手，并詳細(xì)闡述了數(shù)控編程及自動(dòng)化加工的應(yīng)用，旨在推動(dòng)當(dāng)前產(chǎn)品研制領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，并就此推進(jìn)其不斷完善自身生產(chǎn)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控編程;數(shù)控加工

1數(shù)控編程簡(jiǎn)介

數(shù)控技術(shù)是多學(xué)科交叉的技術(shù)，集機(jī)械、電子、電氣控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，綜合性很強(qiáng)。數(shù)控加工基礎(chǔ)條件是根據(jù)工件構(gòu)型已確定的軌跡，憑借數(shù)控系統(tǒng)來(lái)操控?cái)?shù)控機(jī)床，按照程序指定和加工參數(shù)展開(kāi)表面成型運(yùn)動(dòng)行為，并最終完成產(chǎn)品加工的目標(biāo)。數(shù)控編程就是生成具體型號(hào)機(jī)床加工零件的程序指令的過(guò)程。數(shù)控程序的好壞將影響數(shù)控加工的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量以及機(jī)床和刀具的使用壽命等。數(shù)控編程的方法有很多種，其主要包括四個(gè)步驟：分析零件圖樣與工藝;計(jì)算加工過(guò)程中刀具軌跡;編制具體機(jī)床的數(shù)控加工程序單和上機(jī)測(cè)試數(shù)控程序。程序可通過(guò)手工或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程獲得。計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程需借助數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)輔助生成零件的加工程序。編程人員只需借助數(shù)控編程系統(tǒng)就能完成對(duì)加工過(guò)程的描述，由編程系統(tǒng)自動(dòng)完成加工程序的編制。UG?NX在數(shù)控加工中的應(yīng)用可貫穿整個(gè)零件的加工過(guò)程，從建立零件的三維模型、設(shè)計(jì)和仿真加工過(guò)程、修改加工參數(shù)，到后置處理、生成數(shù)控程序等一系列任務(wù)都可全權(quán)參與，減少編程員的工作量，提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)

根據(jù)大量加工實(shí)例分析，數(shù)控加工中失誤的主要原因多為工藝方面考慮不周和計(jì)算與編程時(shí)粗心大意。在編制數(shù)控工藝和數(shù)控程序中必須注意加工過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。若數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)方案不合理，往往要成倍增加工作量，有時(shí)甚至要推翻重來(lái)，造成一些不必要的損失。因此數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)是數(shù)控加工中的重要環(huán)節(jié)，處理正確與否，關(guān)系到所編制零件加工程序的正確性與合理性，其工藝方案的好壞，直接影響數(shù)控加工的質(zhì)量、效益以及程序編制的效率。數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)：（1）數(shù)控加工工藝的“內(nèi)容十分具體、工藝設(shè)計(jì)工作相當(dāng)嚴(yán)密”。數(shù)控機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝相比較，由于采用數(shù)控機(jī)床加工具有加工工序少，所需專用工裝數(shù)量少等特點(diǎn)，克服了普通傳動(dòng)工藝方法的弱點(diǎn)，一般說(shuō)來(lái)，數(shù)控加工的工序內(nèi)容要比普通機(jī)床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。從編程來(lái)看，加工程序的編制要比普通機(jī)床編制工藝規(guī)程復(fù)雜。（2）數(shù)控加工的工藝“復(fù)合性”。采用數(shù)控加工后，工件在一次裝夾下能完成鏜、銑、鉸、攻絲等多種加工，因此，數(shù)控加工工藝具有復(fù)合性特點(diǎn)，也可以說(shuō)數(shù)控加工工藝的工序把傳統(tǒng)工藝中的工序“集成”了，這使得零件加工所需的專用夾具數(shù)量大為減少，零件裝夾次數(shù)及周轉(zhuǎn)時(shí)間也大大減少了，從而使零件的加工精度和生產(chǎn)效率有了較大的提高。

3利用CAD/CAM軟件自動(dòng)編程涉及的關(guān)鍵技術(shù)

（1）復(fù)雜形狀零件的幾何建模。對(duì)基于型面特征點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)的復(fù)雜形狀零件的數(shù)控編程，其首要環(huán)節(jié)是建立被加工零件的幾何模型。目前普遍采用的建模方式有線架造型、曲面造型和實(shí)體造型。這3種建模方式都是基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理，描述加工對(duì)象的幾何形狀及尺寸。而對(duì)于零件的材料、加工精度、表面質(zhì)量、形位誤差等加工工藝信息，幾何建模系統(tǒng)無(wú)法提供，需要依靠另一種建模方式———特征建模系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題。特征建模系統(tǒng)既能提供零件的幾何信息又能提供零件的工藝信息，其內(nèi)容歸納起來(lái)有：零件的幾何形狀信息;作為加工對(duì)象的孔、溝槽及面的形面特征;有關(guān)形面特征的位置、尺寸及其公差;形面特征之間的關(guān)聯(lián);各加工面的表面粗糙度等。例如：P?roe軟件就具備特征建模系統(tǒng)。

（2）加工方案與加工參數(shù)的合理選擇。數(shù)控加工的效率與質(zhì)量有賴于加工方案與加工參數(shù)的合理選擇，其中刀具和刀軸控制方式、走刀路線和進(jìn)給速度的自動(dòng)優(yōu)化選擇與自適應(yīng)是近年來(lái)所研究的重點(diǎn)問(wèn)題。其目標(biāo)是：在滿足加工要求、機(jī)床正常運(yùn)行和保證一定的刀具壽命的前提下，爭(zhēng)取得到盡可能高的加工效率。

（3）刀具軌跡的生成。刀具軌跡的生成，是復(fù)雜零件數(shù)控加工中最重要的內(nèi)容，同時(shí)也是研究最為廣泛深入的內(nèi)容。刀具軌跡生成的首要目標(biāo)是使所生成的刀具軌跡能滿足無(wú)干涉、無(wú)碰撞、軌跡光滑和代碼質(zhì)量高等要求，同時(shí)，刀具軌跡生成還應(yīng)滿足通用性好、穩(wěn)定性好、編程效率高、代碼量小等條件。

（4）數(shù)控加工仿真。盡管目前在工藝規(guī)劃和刀具軌跡生成等技術(shù)方面已取得很大進(jìn)展，但由于零件形狀的復(fù)雜多變以及加工環(huán)境的復(fù)雜性，要確保所生成的加工程序不存在過(guò)切與欠切、避免機(jī)床各部件之間的干涉碰撞等仍然十分困難。尤其對(duì)于高速加工，這些問(wèn)題常常是致命的。因此實(shí)際加工前采取一定的措施對(duì)加工程序進(jìn)行檢驗(yàn)并修正是十分必要的。數(shù)控加工仿真通過(guò)軟件模擬加工環(huán)境、刀具路徑與材料切除過(guò)程來(lái)檢驗(yàn)并優(yōu)化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特點(diǎn)，是提高編程效率與質(zhì)量的重要措施。

（5）后置處理。后置處理是數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。在自動(dòng)編程中，將刀位軌跡計(jì)算過(guò)程稱為前置處理。為使前置處理通用化，按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，將刀位軌跡計(jì)算統(tǒng)一在工件坐標(biāo)系中進(jìn)行，而不考慮具體機(jī)床結(jié)構(gòu)及指令格式，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件。后置處理的任務(wù)是根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式將前置計(jì)算的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。有效的后置處理對(duì)于保證加工質(zhì)量、加工效率及機(jī)床可靠運(yùn)行具有重要的作用。

4結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控編程加技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)體系中占有舉足輕重的地位，是保證加工質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展的前提和保障。因此我們必須大力發(fā)展數(shù)控編程技術(shù)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、機(jī)械加工領(lǐng)域以及機(jī)械控制領(lǐng)域的深化合作，為企業(yè)謀取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]向杰.基于CAD/CAM技術(shù)的零件數(shù)控編程方法研究[D].電子科技大學(xué)，2011.

（作者單位：龍口市澳雷樽傳動(dòng)機(jī)械有限公司1

龍口中宇熱管理系統(tǒng)科技有限公司2

山東中際智能裝備有限公司3）

作者簡(jiǎn)介：

呂波厚（1982年-），男，2004年7月畢業(yè)于煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)。現(xiàn)為龍口市澳雷樽傳動(dòng)機(jī)械有限公司，技術(shù)部技術(shù)員，主要從事機(jī)加工車間和裝配車間工裝工藝制定，加工中心程序編寫(xiě)。

姚軍偉（1987年-），男，2010年6月畢業(yè)于寧夏理工學(xué)院機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為龍口中宇熱管理系統(tǒng)科技有限公司技術(shù)部工程師，主要從事汽車熱管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用的工作。

姜文超（1987年-），男，2010年7月畢業(yè)于魯東大學(xué)交通運(yùn)輸專業(yè)。現(xiàn)為山東中際智能裝備有限公司研發(fā)辦技術(shù)員，主要從事電機(jī)定子自動(dòng)化生產(chǎn)裝備開(kāi)發(fā)工作。