數(shù)控編程及編程軟件在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究

韓冰

[摘 ? ?要]隨著現(xiàn)代機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工逐漸走進(jìn)人們的視線，由于它可以解決零件品種多變、批量大、形狀復(fù)雜的問題且具有高效化、自動(dòng)化和高精度的特點(diǎn)，因而備受人們的青睞。而數(shù)控加工是通過程序控制實(shí)現(xiàn)，這就需要進(jìn)行數(shù)控編程。對于復(fù)雜的數(shù)控編程，編程軟件是一把利器，文章對數(shù)控編程及編程軟件在數(shù)控加工中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控編程;編程軟件;應(yīng)用

[中圖分類號]TE906 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–04

Talking about the Application of NC Programming and

Programming Software in NC Machining

Han Bing

[Abstract]With the development of modern machining technology， CNC machining has gradually entered people's attention. Because it can solve the problems of changing parts， large batches and complex shapes， and has the characteristics of high efficiency， automation and high precision， it is favored by people. CNC machining is realized through program control， which is bound to require CNC programming. For complex CNC programming， programming software is a powerful tool.

[Keywords]NC programming; programming software; application

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，而機(jī)械加工過程的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的有效途徑。從工業(yè)化革命以來，人類實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動(dòng)化的主要手段有自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、專用自動(dòng)生產(chǎn)線。這些設(shè)備大幅度提高了機(jī)械加工自動(dòng)化的程度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展。但它們存在固有的缺點(diǎn)，如初始投資大、準(zhǔn)備周期長、柔性差，因此只是用于較大零件的批量生產(chǎn)。為滿足人類對于產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的需求，取代普通機(jī)床的手工操作，解放勞動(dòng)力，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。

1 數(shù)控編程

1.1 數(shù)控機(jī)床的控制原理

將與加工零件有關(guān)的信息——工件與刀具相對運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸參數(shù)、切削加工的工藝參數(shù)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、切削深度）、各種輔助操作（變速、換刀、冷卻潤滑）用規(guī)定的文字、數(shù)字和字符組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，將加工程序通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后，發(fā)出與加工程序相對應(yīng)的信號和指令控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)框圖

1.2 數(shù)控編程系統(tǒng)與代碼

1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)

根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。目前市面上主要流行的數(shù)控系統(tǒng)有：日本的FANUC（發(fā)那科）系統(tǒng)、德國的SIEMENS（西門子）系統(tǒng)、日本的MITSUBISHI（三菱）系統(tǒng)、德國HEIDENHAIN（海德漢）系統(tǒng)以及華中數(shù)控系統(tǒng)等。

1.2.2 數(shù)控加工坐標(biāo)系

數(shù)控機(jī)床有2個(gè)坐標(biāo)系，即機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系（程序坐標(biāo)系）。前面提到的“工件與刀具相對運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸參數(shù)”是以坐標(biāo)的形式體現(xiàn)的。

對于數(shù)控機(jī)床來說，其坐標(biāo)軸及其正方向是遵循右手笛卡爾坐標(biāo)系的，如圖2所示。

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系定義的原則是：①永遠(yuǎn)假設(shè)工件是靜止的，刀具相對于工件運(yùn)動(dòng);②刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎较?③傳遞主要切削力的主軸為Z軸。圖3、圖4繪出了主流機(jī)床的坐標(biāo)系。

1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)代碼

市面上有多種數(shù)控系統(tǒng)，在此簡單介紹一下機(jī)床常用的數(shù)控系統(tǒng)——SIEMENS系統(tǒng)和FANUC系統(tǒng)，并進(jìn)行簡單的對比。表1是機(jī)床M指令對比，表2是機(jī)床G指令對比。

2 編程軟件

對于簡單的工件，可以通過直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及各種孔加工循環(huán)進(jìn)行零件程序的編制與加工;對于形狀復(fù)雜、精度要求高的工件，特別是具有復(fù)雜曲面的工件，部分無法通過手工編程加工實(shí)現(xiàn)，部分雖然可以通過手工編程實(shí)現(xiàn)，但手工編程時(shí)間長，并且無法確保坐標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確性。圖5、圖6是測井儀器EFDT用高溫集成閥座以及3線圈系下骨架的三維模型圖。

為解決手工數(shù)控編程復(fù)雜的問題，并保證加工的準(zhǔn)確性，計(jì)算機(jī)數(shù)控編程軟件應(yīng)運(yùn)而生。

2.1 主流CAD/CAM編程軟件以及功能對比

主流CAD/CAM編程軟件以及功能對比見表3。

2.2 數(shù)控編程軟件實(shí)現(xiàn)加工的方式

數(shù)控編程軟件實(shí)現(xiàn)加工的方式可概括為9個(gè)字母：CAD—CAM—CNC。

CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）：使用NX、CREO、Solidworks等主流設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)與三維模型繪制。

CAM（計(jì)算機(jī)輔助加工）：使用數(shù)控編程軟件對設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行編程，最大限度地實(shí)現(xiàn)加工與設(shè)計(jì)保持一致;編程完畢進(jìn)行后處理產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床可識別的NC程序。

CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）：這一步驟是在數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)的，將編程軟件產(chǎn)生的NC程序傳輸至數(shù)控機(jī)床，機(jī)床進(jìn)行零件加工。

2.3 計(jì)算機(jī)數(shù)控編程的優(yōu)點(diǎn)

（1）能解決抽象數(shù)據(jù)曲面、公式曲線處理計(jì)算困難的問題，避免程序輸入的錯(cuò)誤遺漏。

（2）數(shù)控編程能降低數(shù)控加工對人員能力的要求，不需要1人去掌握多種數(shù)控系統(tǒng)。

（3）減少了占機(jī)編程的時(shí)間，提高了加工效率。

3 數(shù)控編程實(shí)例簡介

本文以PowerMILL編制石油測井儀器配件高溫集成閥座3為例講述數(shù)控編程的過程。

3.1 毛坯的建立

如圖7所示，可以由不同的形式在不同坐標(biāo)系下進(jìn)行毛坯的定義，由于所用的毛坯基本為圓棒料，選擇使用圓柱進(jìn)行定義。點(diǎn)擊“計(jì)算”后，軟件自動(dòng)計(jì)算出工件所需要的最小圓柱直徑。注：毛坯計(jì)算Z方向?yàn)閳A柱高度的方向，若不正確，應(yīng)建立新的坐標(biāo)系。

3.2 坐標(biāo)系的建立

PowerMILL提供了多種不同的坐標(biāo)系產(chǎn)生形式，最常用的是“產(chǎn)生用戶坐標(biāo)系”，后利用毛坯進(jìn)行重新定義。

用戶坐標(biāo)系產(chǎn)生后，可以通過繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，沿X、Y、Z軸平移等方式進(jìn)行坐標(biāo)系位置的確定，并且可以從模型或毛坯上選取位置。

3.3 刀具的定義

PowerMILL可以定義端銑刀、球頭刀、自定義刀具等多種刀具，但是刀具庫不夠強(qiáng)大是其一缺點(diǎn)。刀具定義如圖8所示。

3.4 粗加工—加工策略的選取

PowerMILL提供了如圖所示的多種粗加工方式，其中最為常用的是“模型區(qū)域清除”，即三維粗加工。圖9為加工策略選取界面。

策略選取后，需要對用戶坐標(biāo)系、刀具、毛坯、快進(jìn)高度、切削參數(shù)以及加工參數(shù)（行距、下切步距、殘留余量、公差、切削方向）進(jìn)行設(shè)置，就可以進(jìn)行刀具路徑的計(jì)算。圖10展示了模型區(qū)域清除參數(shù)定義頁面，圖11為粗加工刀具路徑展示。

3.5 殘留加工—PowerMILL的特色

所謂殘留加工，就是在粗加工完畢后進(jìn)行半精加工時(shí)，PowerMILL可以自動(dòng)計(jì)算出粗加工完畢的殘留模型，防止重復(fù)加工，并且可以減少刀具路徑。

3.6 精加工—加工策略的選取

PowerMILL提供了多種精加工策略，常用的有等高精加工、偏置平坦面精加工、最佳等高精加工、陡峭和淺灘精加工等。圖12、圖13分別給出了精加工策略選取以及精加工刀具路徑。

3.7 NC程序的產(chǎn)生與后處理

對于編程軟件編程所產(chǎn)生的刀具路徑，數(shù)控機(jī)床是無法直接讀取的，必須通過某種方式將之轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床識別的NC程序，這就是后處理。

由前面可以看出，對于不同系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其代碼也不完全相同;就算是相同的控制系統(tǒng)，3軸的數(shù)控機(jī)床與4軸、5軸的代碼也不完全相同;例如FANUC三軸的系統(tǒng)，無法進(jìn)行4軸、5軸機(jī)床B、C代碼的讀取，這就需要不同的后處理文件。對于不同的數(shù)控編程軟件，其后處理文件也各不相同。

產(chǎn)生NC程序并進(jìn)行NC程序設(shè)置，包括輸出文件（產(chǎn)生的機(jī)床可識別的文件）、機(jī)床選項(xiàng)文件（機(jī)床后處理文件）、坐標(biāo)系等，將產(chǎn)生的刀具路徑加入到NC程序，寫入之后就可以生成機(jī)床識別的數(shù)控程序。產(chǎn)生的NC程序通過網(wǎng)絡(luò)或者CF卡傳輸至機(jī)床就可以進(jìn)行數(shù)控加工。圖14給出了PowerMILLNC程序產(chǎn)生設(shè)置界面。

4 結(jié)論

數(shù)控機(jī)床與編程軟件在給人們帶來便利的同時(shí)，對操作人員的能力提出了更高的要求。數(shù)控編程是一門艱澀難懂的學(xué)問，需要不斷地去研究，去消化。

參考文獻(xiàn)

[1] FANUC Series Oi-Mate-TC操作說明書[M].北京：北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2004.

[2] 趙先仲陳俊蘭.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.