LIXIAOHONG

　　1引言
　　
　　数控机床是按照零件加工程序对工件进行加工的。一个好的加工程序不仅能保证加工出符合要求的工件，还应能充分发挥数控机床的功能，使其安全、可靠、高效地运行。零件加工程序是数控系统的一个重要组成部分，据国外统计，数控机床停机的原因中，有20%～30%是由于编不出加工程序。为了提高数控机床的利用率，编程员应努力提高编程能力，迅速编制出优良的零件加工程序。
　　2零件加工程序的评价
　　一个零件的加工程序决不是唯一的，诸多程序(方案)中，肯定有最优的。可否从以下方面评价:
　　(1)保证程序是正确的，零件加工质量稳定。
　　(2)程序方便调试和修改，程序的可读性好。例如:要改变非圆曲线的逼近步长或曲面的走刀行距，只需修改某一个参数即可，而不必修改整个程序。
　　(3)程序的稳定性好。当刀具半径变化或零件安装位置改变，不需改变程序。
　　(4)充分发挥系统功能，使程序最短。例如:系统有检腔宏指令，一条指令可以编出一个铣腔程序。若弃之不用，改为一刀一刀的描述，则势必使程序变得冗长。
　　(5)程序的通用性好。若有系列零件，则只需编一种，其余只要修改关键尺寸，程序即可使用。
　　(6)编程成本低。为编出某一程序，所花的人工费用和机器费用要低。当然人工成本与编程员的熟练程度有关，不便量化。但是只需一个计算器和一台计算机辅助编程(CAM)系统，其成本是可比的。
　　(7)运行成本要低。能用三轴机床，尽量不用四轴机床；能用四轴机床加一分度转台，尽量不用五轴机床。例如:在一圆锥内面铣曲线槽，可以考虑车削中心，也可以考虑三轴机床加一旋转轴，锥面用一夹具变角，这样仅四轴机床足够，而不用五轴机床。
　　(8)后续加工成本低。如一模具型腔，用通用球头刀具整张曲面加工，刀具成本低，编程容易，但下道工序抛光成本高，且不易保证精度。用专用刀具分型面加工，虽然编程和刀具成本高，但抛光成本低，极易保证精度。要权衡利弊，择优选用。
　　具体的零件，究竟确定什么样的加工程序，要根据实际情况决定。在实际编程中要有优化意识，尤其用CAM编制的零件加工程序，由于CAM的后置处理功能比较弱，更应该进行优
　　化。
　　3CAM编制的零件加工程序的优化
　　由于CAM具有很强的图形数学处理功能，免去了手工编程中繁琐的数学计算，CAM源程序相对零件加工程序较短，因此很受欢迎。由于数控系统及机床各异，CAM的后置处理，尽管有专用后置或万能后置，但与机床数控系统功能相比，仍有相当差距。在实际使用中，若能既充分发挥CAM的优点，又能避免其不足，还能充分发挥数控系统的功能和操作者的实践经验，就需要对CAM编制的零件加工程序进行优化，使之编出一个高水准的零件加工程序。优化加工程序建议从以下几方面考虑。
　　3.1发挥系统刀具半径补偿功能
　　数控系统一般都具有刀具半径补偿功能，即以零件轮廓编程，刀具自动偏移一个半径矢量，刀心轨迹由系统自动计算。现以图1零件为例。
　　零件加工程序源自某CAM系统。从CAM编的零件程序看(见NC代码加工程序)，其外拐角的刀心轨迹为围绕尖角的圆弧(相当B刀补)，数控系统一般为远离尖点的直线转接(C刀补)，对保持尖点有利，CAM编的零件程序包含外拐角的转接程序段，而数控系统用刀具半径补偿功能自动生成转接程序段，零件程序中不出现。这样，程序段数量减少，便于阅
　　读。
　　若以轮廓编程，系统用刀具半径补偿功能控制刀心，当改变刀具尺寸时，操作者只需改变刀补值，不必改变程序。
　　CAM若要生成刀心轨迹沿零件轮廓的加工程序，只需将刀具半径设置为零。如果CAM不能生成刀具补偿的G代码，操作者可将刀补G代码加入程序中。此时的零件加工程序，既体现了CAM的数学处理的优势，避免了繁琐的手工计算，又体现了带有刀具半径补偿程序的灵活
　　性。
　　自动生成的NC代码加工程序如下:%
　　OOOOO
　　(PROGRAMNAME-EX1)
　　(DATE＝DD―MM―YY―11―04―00TIME＝HH:MM―15:29)
　　(12.END_MILL_FLATTOOL―1DIA.OFF.―21LEN.―1DIA.―12.)
　　N100G21
　　N102G0G40G49G80G90
　　N104T1M6
　　N106G0G90G55X―6.Y25.S600M3
　　N108G43H1Z7.M8
　　N110G1Z―10.F15
　　N112Y135.
　　N114G2X0.Y141.I6.
　　N116G3X19.Y160.J19.
　　N118G2X25.Y166.I6.
　　N120G1X75.
　　N122G2X81.Y160.J―6.
　　N124G3X100.Y141.I19.N126G2X106.Y135.J―6.
　　N128G1Y25.
　　N130G2X100.Y19.I―6.
　　N132G3X81.Y0.J―19.
　　N134G2X75.Y―6.I―6.
　　N136G1X25.
　　N138G2X19.Y0.J6.
　　N140G3X0.Y19.I―19.
　　N142G2X―6.Y25.J6.
　　N144G0Z1.
　　N146M5
　　N148G91G28Z0.M9
　　N150M30
　　%
　　3.2以圆弧插补功能代替直线逼近
　　在曲面加工中，CAM一般以直线逼近生成零件加工程序。如果是对称形状，则一般只出第一象限的曲面加工程序，其余象限的加工用系统的镜象功能解决。就是第一象限的程序有时也很长，超过了系统的内存。笔者曾遇到一个程序超出系统内存，若扩大内存，则需投资4～5万元，而且以后的利用率很低；若分段加工则效率低。曲线是在G18平面内，改用圆弧逼近轮廓，程序段数量大幅下降，内存还有剩余。但程序中Z轴需进行刀具长度补偿和刀具半径补偿，操作者要查看系统有否此功能。
　　3.3利用系统的简化编程功能
　　
　　系统提供了大量的简化编程功能，如固定循环、刀具补偿、轮廓直接编程、比例缩放和镜象、坐标旋转、典型形状(圆周、矩阵)孔位描述计算、规则形状(圆形、矩形)挖腔、不规则形状挖腔、带孤岛型挖腔等功能。若CAM的后置处理，能按这些功能处理出零件加工程序，则可大大缩短程序。
　　例如曲面加工，只编出一个象限的加工程序，利用系统的镜象功能加工其余象限，则程序为原来的1/4。在链轮等重复形状的轮廓加工中，用CAM编出一个形状的轮廓，其余用旋转功能，程序缩短的更可观。又如矩形腔的挖腔程序，多刀多层切削程序较长，若能处理成挖腔宏指令，则只需一段程序便能完成整个挖腔加工。
　　3.4发挥系统空间刀具半径补偿功能
　　对曲面，CAM一般生成刀心直线运动的加工程序。曲面加工一般用球头刀，若要改变刀具则必须改变程序，给加工带来不便。如果系统有空间三维刀具半径补偿功能，则CAM可以按曲面生成程序，并同时生成刀心矢量，实际的刀心位置由系统按刀心矢量计算。这样，刀具半径大小在一定范围内可调，给加工带来方便。
　　3.5利用系统的用户宏程序功能，缩短非圆曲线轮廓、空间曲线甚至曲面的加工程序
　　以非圆曲线轮廓为例，CAM一般生成直线逼近程序。在加工中，若要改变步长，则需重新编程而且程序较长(成百上千段程序)。对程序正确性的检验，只能靠图形显示或实际切削，变化很不方便。
　　CAM若能按系统的宏程序格式生成系统的宏程序，加工程序则由系统自动生成。笔者遇到一例:轮廓由二段摆线和一段包络线组成，先是用CAM编出的程序，又是直线又是圆弧而且很长，加工程序段约千段。后改用宏程序编程，而宏程序仅几十段，调整修改都非常方便。经比较，操作者选用了宏程序编辑的程序。而且，当产品有几个规格，又做了赋值程序，只需输入几个关键尺寸便可改变尺寸的输入值。宏程序是通用的，深受操作者欢迎。
　　3.6利用子程序功能简化编程
　　用CAM编制子程序加工程序，由数控系统编制主程序和子程序调用功能。子程序中有大量的数值计算工作量，由CAM来完成。主程序多调用指令用手工编程，这样程序灵活且编程工作量又不大。
　　4结束语
　　综上所述，数控系统的编程功能有基本指令，如轮廓描述的直线与圆弧指令，简化指令，固定循环、刀补功能，比例缩放与镜象，坐标旋转功能，宏指令等，还有用户宏程序功能。CAM一般按基本指令编制零件加工程序，有的用部分简化指令，如固定循环等，未能充分发挥数控系统的功能。如果使用者能对CAM编制的零件加工程序进行优化，将数控系统的高级功能与CAM相结合，则可编制出优良的加工程序。