數(shù)控銑床編程方法淺談

潘敏輝　陳益豐　孫兵濤

摘要：文章以華中數(shù)控銑床為例，對數(shù)控編程方法和步驟進行了簡明的闡述，并針對一個典型零件的數(shù)控銑削加工給出了一套完整程序及相應(yīng)的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑；手工編程；自動編程；交互式CAK/CAM

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）03-0106-02

數(shù)控技術(shù)（Numerical Control）是指用數(shù)字化信號對設(shè)備運行及其加工過程進行控制的一種自動化技術(shù)。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床。數(shù)控銑床除了能銑削普通銑床所能銑削的各種零件表面外，還能銑削普通銑床不能銑削的需要2～5坐標聯(lián)動的各種平面輪廓和立體輪廓。本文就數(shù)控銑床零件加工中的程序編制問題進行探討。

一、編程方法

數(shù)控銑床編程方法主要有手工編程、自動編程和交互式CAD/CAM三種。

（一）手工編程

手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個步驟，即從零件圖紙分析、工藝決策、確定加工路線和工藝參數(shù)、計算刀位軌跡坐標數(shù)據(jù)、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗，均由人工來完成。對于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的輪廓加工，幾何計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。但對輪廓形狀不是由簡單的直線、圓弧組成的復(fù)雜零件，數(shù)值計算則相當繁瑣，工作量大，容易出錯，且很難校對，采用手工編程是難以完成的。

（二）自動編程

自動編程是采用計算機輔助數(shù)控編程技術(shù)實現(xiàn)的。APT是自動編程工具（Automatically Programmed Tool）的簡稱，是對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運動等進行定義時所用的一種接近于英語的符號語言。在編程時編程人員依據(jù)零件圖樣，以APT語言的形式表達出加工的全部內(nèi)容，再把用APT語言書寫的零件加工程序輸入計算機，經(jīng)APT語言編程系統(tǒng)編譯產(chǎn)生刀位文件（CLDATA file），通過后置處理后，生成數(shù)控系統(tǒng)能接受的零件數(shù)控加工程序的過程，稱為APT語言自動編程。采用自動編程時，由于計算機（或編程機）代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計算工作，并省去了編寫程序單的工作量，因而可將編程效率提高數(shù)倍到數(shù)十倍，同時解決了手工編程中無法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。

（三）交互式CAD/CAM

利用CAD/CAM軟件，實現(xiàn)造型及圖象自動編程。在編程時編程人員首先利用計算機輔助設(shè)計（CAD）或自動編程軟件本身的零件造型功能，構(gòu)建出零件幾何形狀，然后對零件圖樣進行工藝分析，確定加工方案，其后還需利用軟件的計算機輔助制造（CAM）功能，完成工藝方案的制訂、切削用量的選擇、刀具及其參數(shù)的設(shè)定，自動計算并生成刀位軌跡文件，利用后置處理功能生成指定數(shù)控系統(tǒng)用的加工程序。因此我們把這種編程方式稱為圖形交互式自動編程。這種自動編程系統(tǒng)是一種CAD與CAM高度結(jié)合的編程系統(tǒng)，具有形象、直觀和高效等優(yōu)點。

二、編程思想

什么叫編程思想？所謂的編程思想就是對于一個待加工零件或者圖紙，編程人員對其進行分析、計算，然后正確的編制出數(shù)控程序的一個過程，這其中包含對零件的工藝分析，加工路線的分析及相應(yīng)坐標的計算等等。編程思想是一個編程人員應(yīng)具備的素質(zhì)和能力，也是我們編制程序的基礎(chǔ)。在數(shù)控編程學(xué)習(xí)過程中，一些學(xué)生能夠編制簡單的直線、圓弧類零件，但是對于復(fù)雜的零件卻無從下手，或者更換一個零件，他們就不知道如何下手，在編寫的時候思路混亂，想到一點就編寫一點，思維跳躍性很大，沒有一個比較連貫的思路，編寫的程序也是漏洞百出，不合情理。究其原因，就是沒有一個良好的編程習(xí)慣，也即沒有形成一個正確的編程思想。對于數(shù)控編程，其編程思想應(yīng)該是這樣的：分析圖紙——確定加工工藝（即刀具軌跡）——數(shù)值計算——編制程序。其中，這里的加工工藝應(yīng)包含刀具的選擇、零件的裝夾、夾具的選擇、參數(shù)的設(shè)定等。在這個編程思想過程中確定刀具軌跡是最為關(guān)鍵的。因為一旦刀具軌跡被正確的確定，程序的框架也就隨之出來了，剩下的工作就是選擇參數(shù)，然后按照刀具軌跡一個點一個點地編制程序。下面，我們以一個典型的銑床編程加工教學(xué)中的一個零件為實例來進行分析。

三、典型實例分析

手工編程是自動編程的基礎(chǔ)，也是入門教學(xué)中普遍采取的編程方法。本例采用手工編程方法。

（一）分析零件和圖紙

分析此加工零件圖紙，可知此零件是直線和圓弧組合的平面型零件，銑削平面型零件時，一般采用立銑刀側(cè)刃進行切削。故只需要一把圓柱平頭立銑刀就可以完成。我們選刀具直徑為Φ20，刀補表里D01的值設(shè)為R10。

（二）確定加工工藝

在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：

1．應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求。

2．應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空程移動時間。

3．應(yīng)使數(shù)值計算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。

對點位控制的數(shù)控機床，只要求定位精度較高，定位過程盡可能的快，而刀具相對于工件的運動路線是無關(guān)緊要的，因此這類機床應(yīng)按空程最短來安排走道路線。我們選擇走刀路線為起刀點→A→B→C→D→E→F→G→H→I→A→回起刀點。

數(shù)控銑床夾具的選用可根據(jù)生產(chǎn)零件的批量來確定。對單件、小批量、工作量較大的模具加工來說，一般可直接在機床工作臺面上通過調(diào)整實現(xiàn)定位與夾緊，然后通過加工坐標系的設(shè)定來確定零件的位置。此例零件是長方體，我們選擇機用平口鉗來夾持。

在實踐教學(xué)加工中,我們選用的零件材質(zhì)為硬鋁，因為在銑削用量的選擇上，銑削深度5毫米可以一刀切下，進給量選用100mm/min，主軸轉(zhuǎn)速選用1000r/min。

（三）數(shù)值計算

原點坐標如圖所示，此實例設(shè)起刀點坐標為(-10,-10,10)，銑削深度為5毫米，則外輪廓各點XY坐標如下：

A點坐標:(0,10)

B點坐標:(0,45)

C點坐標:(15,60)

D點坐標:(50,60)

E點坐標:(65,45)

F點坐標:(80,30)

G點坐標:(80,10)

H點坐標:(70,0)

I點坐標:(10,0)

（四）編制程序

%0718

G92 X-10 Y-10 Z10 （建立坐標系）

M03 S1000（主軸以1000r/min正轉(zhuǎn)）

G90 G01 Z-5 F100（以100mm/min進給量下刀5mm深）

G41 G01 X0 Y10 D01（建立左刀補到A點）

G01 X0 Y45（到B點）

G02 X15 Y60 R15 （到C點）

G01 X50 Y60 （到D點）

G02 X65 Y45 R15 （到E點）

G03 X80 Y30 R15 （到F點）

G01 X80 Y10 （到G點）

G01 X70 Y0 （到H點）

G01 X10 Y0 （到I點）

G01 X0 Y10 （到A點）

G00 Z10 （提刀）

G40 G00 X-10 Y-10 （回到起刀點）

M02（程序結(jié)束）

四、結(jié)語

數(shù)控銑削是機械加工中最常用和最主要的數(shù)控加工方法之一。想要充分發(fā)揮數(shù)控銑床的特點，實現(xiàn)數(shù)控加工中的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，編程是關(guān)鍵，而在編制數(shù)控銑床程序過程中，編程思想是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，故在編制程序前必須有一個清晰的編程思想。

參考文獻

[1]龔仲華．數(shù)控技術(shù)[M]．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

[2]陳洪濤．數(shù)控工藝與編程[M]．北京:高等教育出版社，2006．

[3]眭潤舟．數(shù)控編程及加工技術(shù)[M]．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

作者簡介：潘敏輝（1979-），男，浙江溫州人，溫州大學(xué)機電工程學(xué)院助理工程師，研究方向：機械制造技術(shù)；陳益豐（1978-），男，浙江溫州人，溫州大學(xué)機電工程學(xué)院助理工程師，研究方向：機械制造技術(shù)；孫兵濤（1983-），男，浙江溫州人，溫州大學(xué)機電工程學(xué)院技術(shù)員，研究方向：機械制造技術(shù)。