淺析曲面圖形數(shù)控加工宏程序編程與CAM編程

涂志標 趙曉運

（臺州學(xué)院機械工程學(xué)院，浙江臺州 318000）

曲面加工在精密制造領(lǐng)域占有很重要的地位，通常采用數(shù)控編程的方法來完成。在數(shù)控加工中，數(shù)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(yōu)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(fù)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(fù)雜的零件,特別是對于具有規(guī)則曲面,手工編程也是具有很好的優(yōu)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(shù) 運算(+、-、*、/)、邏輯運算(AND、OR、NOT)和函數(shù)(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(huán)、判斷、分支和子程序調(diào)用的方法，可用于編制各種復(fù)雜的零件加工程序。熟練應(yīng)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(shè)定,計算機自行進行數(shù)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(shù)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(shù)控系統(tǒng),控制機床進行加工.因此，其特點是數(shù)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(chǎn)計劃,計算機輔助工藝過程設(shè)計,計算機數(shù)控編程,計算機控制加工過程設(shè)計,計算機數(shù)控編程,計算機控制加工過程等內(nèi)容。

2 宏程序編程和CAM編程的應(yīng)用對比

如圖1所示為一個簡單的規(guī)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(shù)，即可達到目的。

圖1

O0001 G54 G90 G17 建立坐標系設(shè)定編程方式M6 T1 調(diào)用一號刀具G43 H1Z200 調(diào)用一號刀具M03 S3000 主軸開轉(zhuǎn)#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(shè)定G00 X[#4+10]Y0 調(diào)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(jié)束G00Z200 快速抬刀M05 停轉(zhuǎn)M30 程序結(jié)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(jù)具體尺寸修改#1至#7這幾個賦值的數(shù)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(shù)設(shè)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(shù)；F為加工進給，單位為M/MIN。

根據(jù)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(jù)圖紙繪制三維零件；②制定加工工藝；③設(shè)定加工參數(shù)；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(yōu)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(fā)現(xiàn)兩種切削方式均為環(huán)切。所謂環(huán)切就是根據(jù)曲面的Z向值的變化而改變下刀深度,再根據(jù)相應(yīng)的下刀深度走出曲面所對應(yīng)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(diào)節(jié)，即運算#8=[#6+#3]*[COS#1-1]-#3，這里起調(diào)節(jié)作用的是COS#1。這樣，Z向數(shù)值變化不是等值的，而是根據(jù)圓弧角度的曲率的變化而變化，令

求函數(shù)的導(dǎo)數(shù)可得到函數(shù)[#6+#3]*SINX，而SINX在區(qū)間[0，90]是單調(diào)遞增。由此可以得出結(jié)論：函數(shù)F(X)在區(qū)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?qū)蛹庸し椒ǎ瑥姆从痴鎸嵉膱A度方面看，CAM編程加工不如宏程序編程加工。

4 結(jié)論

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

[1]陳良驥.復(fù)雜曲面數(shù)控加工相關(guān)技術(shù)[M].北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2011，7.

[2]陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社, 2008,5.

[3]王海葉,石教慧,彭中年.基于宏程序的曲面數(shù)控銑床加工及編程應(yīng)用研究[J].機械研究與應(yīng)用，2009，3:95、96、102.

[4]劉加孝,馬秋成.宏程序銑削倒圓/倒角時增量值的計算方法[J].機械工程師，2010，1:68、69.