淺析曲面圖形數控加工宏程序編程與CAM編程

涂志標 趙曉運

（臺州學院機械工程學院，浙江臺州 318000）

曲面加工在精密制造領域占有很重要的地位，通常采用數控編程的方法來完成。在數控加工中，數控編程的方法一般有兩種：手工編程和自動編程。不同的加工對象，采用不同的編程方法，往往會有不同的效果。對于簡單的曲面編程加工，采用宏程序編程（手工編程），具有明顯的優勢。

1 宏程序編程和CAM編程的特點

宏程序編程屬于手工編程方法，其特點是包括分析零件圖紙、制訂加工工藝、運算刀具軌跡,編寫零件加工程序等過程都是由人完成的.對于幾何形狀不太復雜的較簡單的零件,計算較簡單,編寫的程序不多,采用手工較容易編程.對于形狀復雜的零件,特別是對于具有規則曲面,手工編程也是具有很好的優勢，此方法又稱宏程序指令編程方法。宏程序指令編程是指用計算機高級語言（與計算機C語言相似）可以使用變量進行算術 運算(+、-、*、/)、邏輯運算(AND、OR、NOT)和函數(SIN、COS等)混合運算的程序編寫形式。在宏程序編程形式中，一般都提供循環、判斷、分支和子程序調用的方法，可用于編制各種復雜的零件加工程序。熟練應用宏程序指令 進行編程，可以顯著地增強機床的加工能力，同時可精簡程序量。

CAM編程屬于自動編程方法，是在計算機上做好工藝設定,計算機自行進行數值計算,編寫零件加工程序,并自動生成零件加工程序,最后利用CAM的后處理功能生出數控機床能讀取的G代碼程序，通過通訊接口將程序直接送到數控系統,控制機床進行加工.因此，其特點是數控程序編制工作的大部分或一部由計算機完成。CAM是CAD/CAM及CIMS的重要組成部分.從廣義上講包括:計算機輔助生產計劃,計算機輔助工藝過程設計,計算機數控編程,計算機控制加工過程設計,計算機數控編程,計算機控制加工過程等內容。

2 宏程序編程和CAM編程的應用對比

如圖1所示為一個簡單的規則曲面圖形，對于這樣的圖形用宏程序編程比CAM編程要簡單方便。因為用宏程序可以對這樣的圖形編制一個母程序，對其同類圖形只需改變其中一些參數，即可達到目的。

圖1

O0001 G54 G90 G17 建立坐標系設定編程方式M6 T1 調用一號刀具G43 H1Z200 調用一號刀具M03 S3000 主軸開轉#1=0 倒圓起始角度#2=90 倒圓終止角度#3=6 加工刀具半徑WHILE[#1 LE #2]DO1 條件語句1#4=50 平面X向坐標#5=50 平面Y向坐標#6=10 倒圓角#7=10 平面圓角#8=[#6+#3]*[COS#1-1]倒圓Z向值的運算#9=[#6+#3]*SIN#1 倒圓X向補償值的運算

#10=#7*SIN#1 平面圓角計算#13001=#9 刀具的補償設定G00 X[#4+10]Y0 調整下刀點Z#8 Z向進刀G42 X[#4-#6]D#9 加刀具半徑補償G01 Y#5,R#10 F1500 輔助編程X-#4,R#10 輔助編程Y-#5,R#10 輔助編程X#4,R#10 輔助編程Y0 G40 G00 X[#4+10]取消刀具半徑補償#1=#1+1.5 END1 條件1結束G00Z200 快速抬刀M05 停轉M30 程序結束

圖2

圖5

圖2所包含的是一些宏程序中的賦值，這樣的表達簡潔易懂。在給出的程序中只需要根據具體尺寸修改#1至#7這幾個賦值的數字就能得到這一類圖形的加工程序。

對于加工過程中角度的計算,由宏程序銑削倒圓時增量值的計算方法的通用公式可以推算：即

其中R為倒角半徑，r為刀具半徑，Ra為表面粗糙度

例如，輪廓周邊倒圓角R10，粗糙度要求為Ra1.6，加工刀具半徑為r6則算出，θ≤1.775°這里θ取1.5°。

基于UG軟件的CAM加工如圖3和圖4（刀具為φ12R6球銑刀）：

圖3

圖4

圖3和圖4所示是UG的CAM加工參數設置和生成的刀路，由此刀路可得到一個1600多步左右的程序（程序在這里因篇幅略去）。

3 宏程序編程和CAM編程的加工對比

3.1 加工時間的對比

兩種編程方法對于加工時間可以用一個簡單的計算公式來估算

其中：T為加工時間；L為每層加工的周長，單位為M；D為加工的次數；F為加工進給，單位為M/MIN。

根據所給公式可以大概算出，對于圖1所示圖形，宏程序編程的時間T1=0.4*60/1.5=16；CAM編程的時間T2=0.4*100/1.5=26.7。

3.2 編程時間的對比

對于單個零件，用宏程序編制的母程序，只需改動#1至#7這幾個賦值就可以進行加工。用CAM編程，加工單個工件要分以下步驟：①根據圖紙繪制三維零件；②制定加工工藝；③設定加工參數；④加工程序的輸出。可以看出，加工一個零件，用宏程序編程所需時間對于用CAM編程所需時間具有明顯優勢。

3.3 加工精度的對比

比較上述兩種編程加工方法,可以發現兩種切削方式均為環切。所謂環切就是根據曲面的Z向值的變化而改變下刀深度,再根據相應的下刀深度走出曲面所對應的輪廓線。上述兩種加工方法不同之處在于Z向的進給不同，宏程序編程用的是角度的調節，即運算#8=[#6+#3]*[COS#1-1]-#3，這里起調節作用的是COS#1。這樣，Z向數值變化不是等值的，而是根據圓弧角度的曲率的變化而變化，令

求函數的導數可得到函數[#6+#3]*SINX，而SINX在區間[0，90]是單調遞增。由此可以得出結論：函數F(X)在區間[0，90]的斜率是慢慢遞增的。因此，越靠近0度的范圍增速越緩慢，圖5所示為COSX圖形。在此情況下加工出來的圖形才能反映出真實的圓度。而CAM加工則采用的是自上而下的勻層加工方法，從反映真實的圓度方面看，CAM編程加工不如宏程序編程加工。

4 結論

通過具體分析對比，對于簡單曲面圖形和復雜但較規則的曲面圖形，采用宏程序編程進行數控加工具有較高的優越性。

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