關(guān)于數(shù)控自動編程加工的后處理問題

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張云

近年來，現(xiàn)代制造技術(shù)離不開數(shù)控自動編程加工，UG-CAM技術(shù)的發(fā)展不斷完善數(shù)控機床的使用功能，提高企業(yè)生產(chǎn)效益，工作人員通過分析零件的特征，充分利用現(xiàn)有的編程軟件及設(shè)備進行自動編程，制訂合適的編程策略，優(yōu)化編程設(shè)計要求，精準(zhǔn)識別NC程序，提高零件生產(chǎn)質(zhì)量與加工精度。合理選擇數(shù)控刀具，規(guī)范數(shù)控自動編程加工的后處理流程，充分發(fā)揮數(shù)控自動編程的優(yōu)勢，降低企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)水平。

1 UG-CAM數(shù)控自動編程軟件系統(tǒng)的相關(guān)理論研究

1.1 數(shù)控自動編程軟件系統(tǒng)

數(shù)控編程系統(tǒng)包括繪制圖形、做出軌跡、輸出加工代碼以及協(xié)調(diào)加綜合工藝，如建立加工圖形，生成刀具運行軌跡，經(jīng)過后期處理快速生成NC代碼，保證程序穩(wěn)定運行，提高零件加工質(zhì)量，優(yōu)化調(diào)試和修改程序，提高可讀性，針對系列零件不需要過多編程，可以編一種修改尺寸數(shù)據(jù)。降低費用支出，提高編程員業(yè)務(wù)水平。數(shù)控自動編程通過計算機操作，實現(xiàn)機床程序編制，工作人員只需要按照格式輸入零件的尺寸形狀、走刀路線等，計算機內(nèi)部的數(shù)控自動編程軟件就可以開始運行，經(jīng)過編譯、計算、處理后，實現(xiàn)零件加工流程，如確定加工程序、建立刀具路徑圖，或者借助通信電纜以及接口輸出數(shù)控機床程序。采用自動編程可以制作復(fù)雜的空間曲面工件，減少計算錯誤，提高工件生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

1.2 數(shù)控自動編程加工后處理原理簡述

數(shù)控自動編程為了有效加工零件、制造刀軌，一般通過借助UG進行模塊加工，但是原始的刀軌文件，是不能直接進行機床加工的，需要經(jīng)過計算機處理，因為機床種類不同，擁有的控制系統(tǒng)、物理結(jié)構(gòu)也不同，需要優(yōu)化NC程序，使其指令與格式符合數(shù)控機床的要求。因此，只有經(jīng)過處理的刀軌數(shù)據(jù)才能更好滿足不同種類的機床要求，即利用電腦實現(xiàn)數(shù)控自動程序加工后處理，優(yōu)化NC代碼，方便不同機床可以高效識別刀軌數(shù)據(jù)（NC代碼）。即數(shù)控制造軟件主要作用是生成合適的刀具軌跡，機床參數(shù)、物理結(jié)構(gòu)不同，CAM軟件的刀軌數(shù)據(jù)是不符合要求的，不能直接加工零件，必須修正來滿足不同機床的特定要求[1]。

2 找正加工零件與精確對刀定位數(shù)控機床

開展自動編程工作，需要關(guān)注零件的裝夾與找正，明確裝夾零件的重要性。在夾緊工作推進的過程中，需要將與數(shù)控機床連接的加工零件參考方向?qū)R。通常找到一個方向，例如x軸或y軸方向，該方法是將千分表安裝在機床的主軸上，處理部的一側(cè)在指示器的接觸指上方，例如在X軸方向的某側(cè)，因此可以查看手輪指示器指針的移動。如果擺動范圍在誤差范圍內(nèi)，則意味著工件的X軸和機床的X軸基本相同。相反，需要調(diào)整零件（請注意放置方向應(yīng)和機床的工作坐標(biāo)方向一致），直到千分表在允許的誤差范圍內(nèi)擺動。

對于數(shù)控機床的精確對刀定位工作內(nèi)容，刀具設(shè)置是刀尖和編程原點的重合。如：加工立方體的上表面時候，如果在建模過程中以立方體的上表面中心為原點，則應(yīng)使用邊緣接觸法使工具的尖端達到空白點的多維數(shù)據(jù)集。設(shè)置工具時需要設(shè)置特定點，即機器坐標(biāo)系的原點；將刀尖升至程序的開頭，如XOY0230。不同的控制系統(tǒng)使用不同的方法來設(shè)置機器坐標(biāo)系的原點，不同的系統(tǒng)必須選擇不同的處理方法，完善對刀定位的設(shè)置，優(yōu)化數(shù)控機床的性能，提高零件生產(chǎn)質(zhì)量。

3 數(shù)控自動編程加工的后處理研究

3.1 傳送經(jīng)過處理的NC程序到數(shù)控機床控制器

直接使用系統(tǒng)軟件在PC和數(shù)控機床制造商提供的數(shù)控控制器之間進行通信。如果沒有專用的通信軟件，只要經(jīng)過RS232通用接口，就可以使用CAM軟件的內(nèi)部通信軟件來傳輸NC文件。方法如下所示：在控制器上選擇編輯模式（EDIT模式）。按照PRGRM鍵選擇處理程序頁面；打開存儲使用的保護開關(guān)；輸入“O”和“程序號”；按下INPUT鍵，這時將閃爍并且顯示“IN”；輸入處理程序之后，關(guān)閉程序的保護開關(guān)。

進行刀具偏置的有效輸入：在控制器上選擇MDI模式；按OFFSET鍵選擇刀具偏置數(shù)據(jù)的顯示面。將光標(biāo)移動到要輸入偏移號，并且輸入偏移數(shù)量；按下INFUT鍵輸入屏幕上顯示的偏移量。傳輸參數(shù)的設(shè)置：傳輸格式為ASCII；傳輸速度為4800；數(shù)據(jù)位是7；止位龍是2；同位的校驗為E；根據(jù)計算機情況設(shè)置通訊端口，對于masteream軟件，方法是選擇文件主文件功能表，將下一頁傳輸，并且可以設(shè)置傳輸參數(shù)；若選擇在其他屏幕上顯示，則還可以觀察文件傳輸過程。由CAM系統(tǒng)自動生成的數(shù)控文件的格式必須符合機器控制，系統(tǒng)的規(guī)格可以自動處理[2]。

3.2 數(shù)控刀具的選擇

提高數(shù)控工作效率需要準(zhǔn)確選擇數(shù)控刀具，實現(xiàn)數(shù)控刀具資源的科學(xué)有效配置。不僅可以避免由于閑置的單個工具而造成的資源浪費，還可以降低單個刀具的使用頻率，避免降低生產(chǎn)的準(zhǔn)確性，增加刀具的制約作用。一般在數(shù)控編程人機交互的情況下開始執(zhí)行刀具的選擇，選擇工具的一般原則是：易于安裝和調(diào)整、良好的剛性、高耐用性和高精度。在實現(xiàn)加工需求的情況下，嘗試選擇較短的刀柄可以增強刀具加工的良好剛性。企業(yè)進行刀具選擇的時候，使用的尺寸需要兼容要加工的工件表面尺寸，立銑刀通常用于加工扁平零件的外輪廓，銑削時，應(yīng)選擇硬質(zhì)合金刀片進行銑刀。在加工零件凸臺與凹槽時，應(yīng)選擇高速鋼立銑刀進行加工；在鉆削粗糙表面或進行粗糙加工時，可以選擇硬質(zhì)合金刀片進行玉米銑刀；當(dāng)處理立體面和可變斜邊輪廓形狀時，經(jīng)常使用球頭銑刀、盤式銑刀。在加工自由曲面的時候，球形端頭工具的端部切削速度為0，為了確保加工精度，通常會獲得非常接近的切削線間距，因此通常使用球形端頭工具進行精加工，在表面處理質(zhì)量和切割效率方面，平頭工具優(yōu)于球形頭工具，只要保證不被切削，無論是對曲面的粗、精加工，平頭工具都應(yīng)該是首選。另外，工具的耐用性和準(zhǔn)確性與工具的價格有很大關(guān)系，一般情況下，所選擇的刀具會增加刀具的成本，但是零件的加工質(zhì)量和加工效率將得到改善，也可以大大降低整體加工成本[3]。

3.3 數(shù)控自動編程的加工工序分析

數(shù)控自動編程的加工計劃一般包括：加工程序、加工步驟和刀具路徑等。由于零件的復(fù)雜性和多樣性，具備不同的輪廓形狀與毛坯、尺寸，在加工過程中應(yīng)制定特定的零件加工程序，并且為了實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率和低消耗的目標(biāo)，應(yīng)該綜合考慮工作靈活性，進行合理的安排，加工程序的整體布置原理應(yīng)當(dāng)遵循具體工作要求。

從粗加工到精加工需要使用很短的時間，才能獲得更高質(zhì)量的零件。切割時，應(yīng)合理安排粗、精加工。在確保加工質(zhì)量的情況下，刀具的耐用性和機床-工件-刀具系統(tǒng)的剛性前提下，充分利用機床的性能和刀具的切削性能，并且應(yīng)盡可能少地使用較大的切削深度進行粗加工。精加工前每個零件的加工條件數(shù)要盡可能均勻，即盡可能減少刀具的次數(shù)并縮短粗加工的工作時間，精加工主要確保零件的加工精度與質(zhì)量，因此零件的最終輪廓通常應(yīng)在最終切割之前連續(xù)進行。當(dāng)同一刀具集中在數(shù)控機床加工時，為了減少換刀所使用的時間，可以使用刀具集中對零件進行加工，將相同的切削零件放置在工件表面上，盡可能使用同一工具進行零件加工。為了確定粗加工刀具路徑，可以選擇最短的刀具路徑，在粗加工中選擇較大的切削深度可以有效減少切削數(shù)量，縮短切削時間。因此，在保證加工質(zhì)量的前提下，加工程序具有最短的刀具路徑，可以節(jié)省加工切削時間，減少刀具磨損與消耗。

3.4 數(shù)控自動編程圖形輸入研究

數(shù)控自動編程系統(tǒng)使用圖形輸入的方法，進行屏幕選單，通過系統(tǒng)的圖形生成與編輯功能，在計算機上輸入零件的幾何形狀，以完成零件建模，并且輸入相應(yīng)的加工參數(shù)確定零件的加工類型、方法方向，通過軟件系統(tǒng)加工進行刀具路徑文件的自動生成，明確顯示刀具運動動態(tài)以及處理路徑。該編程系統(tǒng)具有較好的交互性、較強的直觀性以及較快的運行速度，方便修改檢查，容易掌握使用。自動編程系統(tǒng)實現(xiàn)建模工具路徑生成與加工程序自動生成的集成，可以處理零件的幾何建模、工具路徑文件的以及零件處理程序的生成。

針對零件幾何建模，自動編程系統(tǒng)通常建立CAD設(shè)計模塊，可以輕松構(gòu)建零件幾何模型，另外，自動編程系統(tǒng)還提供了標(biāo)準(zhǔn)的圖形轉(zhuǎn)換界面，以獲得編程系統(tǒng)的實際圖形格式，實現(xiàn)幾何造型，提高零件生產(chǎn)質(zhì)量；刀具路徑文件的生成需要在完成零件的幾何建模后進行，數(shù)控自動編程系統(tǒng)可以根據(jù)零件實際情況生成合適的刀具路徑。其基本過程一般是：明確零件的加工類型，根據(jù)零件特性選擇加工位置，可以選擇切削的方式進行零件預(yù)處理，選擇需要的零件切削參數(shù)來更精準(zhǔn)進行零件生產(chǎn)，例如刀具參數(shù)，編程系統(tǒng)一般以零件的幾何模型數(shù)據(jù)與切削加工的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行計算，從而生成刀具運動路徑的精確數(shù)據(jù)，即刀具位置文件，并展示刀具實際加工運動的路徑[4]。

4 結(jié)語

經(jīng)濟全球化，數(shù)控機床技術(shù)在生產(chǎn)實踐中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)控編程是企業(yè)進行數(shù)控加工需要重點關(guān)注的核心問題，想要完成數(shù)控編程，就需要進行工藝處理，通過參考國內(nèi)外先進的技術(shù)原理實操，科學(xué)合理進行工藝處理，提高零件加工質(zhì)量與效率。數(shù)控加工可編程，可以進行柔性加工，不過其設(shè)備成本高、耗能大，一般用于頻繁更換產(chǎn)品、生產(chǎn)周期短的場合，程序質(zhì)量與工作人員的業(yè)務(wù)水平和工藝實施過程有關(guān)，良好的數(shù)控自動程序可以有效提高零件的加工質(zhì)量，充分發(fā)揮數(shù)控機床的性能，促使數(shù)控加工技術(shù)有效應(yīng)用于更多復(fù)雜的零件加工中，從而縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高社會經(jīng)濟效益。