零件編程工程技術論文

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1引言

利用數控機床的數控加工，除了對數控機床要求多軸聯動以外，程序的編制是加工中的關鍵問題之一，在很大程度上決定了零件的加工精度和生產效率。據國內外數控加工統計表明，造成數控加工設備閑置的原因大約有20%~30%是由編程不及時造成的，數控程序編制的費用甚至可以與數控機床的成本相提評論。因此，質量高、速度快的編程方法，一直是和數控機床本身并行發展的。自動控制機床問世至今經歷將近半個世紀，數控加工編程方法經歷了手工編程、數控語言自動編程、圖形交互編程、CAD/CAM集成系統編程幾個發展時期。當前，應用CAD/CAM系統進行數控編程已經成為數控機床加工編程的主流。編程過程中，選擇合適的編程方法，制訂合適的編程策略，不僅能有效減少程序長度，提升加工效率，更能提高加工精度，提高零件表面加工質量。

2數控編程概述

在普通機床上加工零件時，一般是由工藝人員按照設計圖樣事先制訂好零件的加工工藝規程。在工藝規程中確定零件的加工工序、切削用量、機床的規格及工具、夾具等內容。操作人員按工藝規程的各個步驟操作機床，加工出圖樣給定的零件。這樣，整個零件的加工過程都是由人來完成。在由凸輪控制的自動機床或仿形機床上加工零件時，雖然不需要人對它進行操作，但必須根據零件的特點及工藝要求，設計出凸輪的運動曲線或靠模，由凸輪、靠模控制機床運動，最后加工出零件。在這個加工過程中，雖然避免了操作者直接操作機床，但每一個凸輪機構或靠模，只能加工一種零件。當改變被加工零件時，就要更換凸輪、靠模。因此，它只能用于大批量、專業化生產中。數控機床和以上兩種機床不同。它是按照事先編制好的加工程序，自動地對零件進行加工。編程人員把零件的加工工藝路線、工藝參數、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數以及輔助功能等，按照數控機床規定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這一程序單中的內容記錄在控制介質上，然后輸入到數控機床的數控裝置中，從而控制機床加工。從零件圖紙到制成控制介質的過程，稱為數控機床的程序編制，即數控編程。數控編程是數控加工的基礎，數控機床之所以能加工出各種形狀、尺寸和精度的零件，就是因為有編程人員為它編制不同的加工程序。數控編程主要有手工編程和自動編程兩類。對于簡單的零件，通常使用手工G代碼編程的方法；而對于復雜的零件，就常常借助于CAD/CAM軟件自動編程。從零件圖樣的分析及工藝處理，數學處理和數值計算，編寫程序清單，直到程序的檢查和校核，均是由人工完成的，稱為手工編程。異型軋輥作為非圓截面零件，由前一章分析可知，加工點計算復雜且繁瑣，而且需要逐點計算各加工點的加工坐標，工作量大，顯然不適用于手工G代碼逐個加工點編程。

3自動編程

手工編程工作量很大，通常只適用于一些簡單的零件。對于幾何形狀復雜或者編程量很大的零件，手工編程便難以勝任。正是因為這種客觀上的需要，自動編程技術出現并發展起來。如今，自動編程技術已是數控加工中的關鍵技術。一般認為，凡是大部分或者全部采用計算機軟件處理圖形并由計算機自動產生數控加工程序的過程就可以稱為自動編程。目前，圖像交互式自動編程技術發展迅速，應用已經非常廣泛。交互式圖形自動編程系統采用圖形輸入方式，通過激活屏幕上的相應選單，利用系統提供的圖形生成和編輯功能，將零件的幾何圖形輸入到計算機，完成零件造型。同時以人機交互的方式指定要加工的零件部分、加工方式和加工方向，輸入相應的加工工藝參數，通過軟件系統的處理自動生成刀具路徑文件，并動態顯示刀具運動的加工軌跡，生成適合指定數控系統的數控加工程序，最后通過通信接口，把數控加工程序送給機床數控系統。這種編程系統具有交互性好，直觀性強，運行速度快，便于修改和檢查，使用方便，容易掌握等特點。因此，交互式圖形自動編程已成為國內外流行的CAD/CAM軟件所普遍采用的數控編程方法。交互式圖形自動編程系統實現了造型—刀具軌跡生成—加工程序自動生成的一體化，它的3個主要處理過程是：零件幾何造型、生成刀具路徑文件、生成零件加工程序。

（1）零件幾何造型

一般交互式圖形自動編程系統都提供CAD設計模塊，可以很方便地建立零件幾何模型。除此之外，交互式圖形自動編程系統還提供標準圖形轉換接口，可以通過導入、導出、轉換等得到編程系統的圖形格式。

（2）生成刀具路徑文件

在完成了零件的幾何造型以后，交互式圖形自動編程系統便可以生成刀具路徑，這一過程也常稱為前置處理。其基本過程為：首先確定加工類型，選擇加工部位，選擇走到路線或切削方式；選取或輸入刀具參數等加工所需的全部工藝切削參數；編程系統根據這些零件幾何模型數據和切削加工工藝數據，自動計算、處理，生成刀具運動軌跡數據，即刀位文件，并動態顯示刀具運動的加工軌跡。

（3）生成零件加工程序

這一過程也稱為后置處理，其目的是生成針對特定數控系統的數控加工程序。每一種數控系統所規定的代碼及格式不盡相同。因此，自動編程系統通常提供多種專用或者通用的后置處理文件。后置處理文件的作用即是將已成生的刀位文件轉變成合適于被選擇數控系統的數控加工程序。這些文件多數是開放的，編程人員可以根據需要對其進行修改。

4R參數編程

R參數編程方法本質上也屬于手工編程，是西門子數控系統提供的一種先進的編程方法，它是使用參數變量來代替程序中的功能代碼或地址值而編寫的加工程序。R參數編程的實質，就是用變量R編寫邏輯計算公式，并根據R數值的條件，多次調用子程序，以簡化編程，并使得程序簡明精練，計算精確無誤。在加工程序中，靈活地運用R參數能夠使程序簡潔而實用。在SINUMERIK810D數控系統中，系統提供的R參數共有100個，即R0～R99,在編程中可對這些R參數進行賦值，例如：R0=2，R1=-7。R參數還可進行加、減、乘、除、開方、乘方、三角函數等運算，例如：R1=R1+1，R2=SIN(R0)。編制R參數程序時，首先確定參數變量，然后根據加工要求編制邏輯計算程序，最后確定參數值和初始狀態，將編好的程序輸入數控機床即可運行。在加工過程中可根據不同零件的特點和加工需求來設定加工參數，從而控制零件的加工精度。對于形狀相似的零件，應用高級編程及R參數編制數控程序，只需編制一個零件的加工程序，僅需改變R參數的值就可實現對不同尺寸零件的加工，從而減少編程工作量，同時還可避免因輸入程序時可能產生的錯誤，還可省去程序校驗時間，提高工作效率，降低生產成本。

5結語

研究了數控編程的基本方法，逐一研究了各自動編程方法在加工編程方面的應用和缺點，介紹了R參數編程方法。配合程序跳轉功能，R參數編程已經具有簡單的高級編程語言所具有的功能，更能發揮數控系統的功能。