現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的應(yīng)用分析

張傳勇，劉海川，張媛

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力總廠，山東 濟(jì)南 250306）

20 世紀(jì)40年代，一些復(fù)雜外形零件的加工任務(wù)使得人們對(duì)加工制造工藝提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的人工加工制造方式顯然已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)下的發(fā)展步伐。為滿足自動(dòng)化加工的現(xiàn)實(shí)需求，數(shù)控加工技術(shù)日漸出現(xiàn)，數(shù)控加工技術(shù)中集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)等多種技術(shù)，使得機(jī)械加工制造的效率更高、精度更準(zhǔn)。當(dāng)下隨著數(shù)控加工行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)在該行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，未來有著巨大的技術(shù)發(fā)展空間。

1 數(shù)控編程技術(shù)分析

數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控加工領(lǐng)域的重要技術(shù)，這一技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中，可以在加工需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化與改進(jìn)，經(jīng)由編程形成產(chǎn)品的加工制造方案。現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)輔助下所形成的產(chǎn)品加工制造方案中包含加工制造的流程、工藝和技術(shù)參數(shù)等基本內(nèi)容，比如，機(jī)床、夾具與工裝設(shè)備選型；刀具路徑和切削；工件的幾何模型、運(yùn)行軌跡和產(chǎn)品加工計(jì)算彈道等都是基本內(nèi)容，在科學(xué)的數(shù)控編程技術(shù)下，有效保障了機(jī)械零部件加工的效率和精度，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的作用。但因?yàn)樵诋?dāng)前的數(shù)控加工領(lǐng)域，存在著加工難度系數(shù)的不同，在處理程序的選擇過程中，可以對(duì)比手動(dòng)編程和自動(dòng)編程的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳的處理程序。通常情況下，NC 加工下的編程全部是手工完成的，無論是零件加工還是模式分析，都是通過手工編程后的程序運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)相應(yīng)的程序運(yùn)行結(jié)果，也就可以得出最佳的加工路線和工藝參數(shù)，在一些結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡(jiǎn)單且處理程度少的零件加工中，多選用的是手工編程。相比而言，手工編程的效率低下且極易出現(xiàn)錯(cuò)誤，每個(gè)坐標(biāo)都包含很多的計(jì)算任務(wù)，對(duì)于程序員的專業(yè)素質(zhì)要求較高。而自動(dòng)編程則有所不同，主要是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者軟件系統(tǒng)中的相關(guān)編程模塊來完成自動(dòng)編程，整個(gè)數(shù)控程序的編制過程中，除了部分環(huán)節(jié)需手工編程來實(shí)現(xiàn)，其他的大部分工作都可以由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)完成。

2 現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的技術(shù)分析

2.1 分析零件圖樣和工藝處理

2.1.1 確定加工方案

數(shù)控編程中，為最大程度地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能優(yōu)勢(shì)，專業(yè)人員應(yīng)在考慮數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)性、合理性的基礎(chǔ)上進(jìn)行零件圖樣的科學(xué)分析，進(jìn)而確定最符合要求、最合理的加工方案，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工制造的低成本、高精度、高效率目標(biāo)。

2.1.2 工具夾的設(shè)計(jì)和選擇

現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的存在是為了實(shí)現(xiàn)零件加工制造的自動(dòng)化、數(shù)字化，由于機(jī)械零部件加工的特殊性，數(shù)控編程技術(shù)應(yīng)用的過程中同樣需注意工具夾的設(shè)計(jì)和選擇。從根本上看，整個(gè)的機(jī)械零部件加工領(lǐng)域，工具夾的存在是為了滿足各種工件、加工物件的夾持和定位需求，以通過這些控制提升加工效率。在夾具的選擇過程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮安裝的便捷性、協(xié)調(diào)工作是否方便開展、機(jī)床坐標(biāo)系尺寸關(guān)系是否合理。工具夾的實(shí)施過程中，重點(diǎn)需注意以下要點(diǎn)：（1）結(jié)合加工需求，保障編程原點(diǎn)和坐標(biāo)系選擇的科學(xué)性，在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)確定位工具夾擺放位置。（2）走刀路線的科學(xué)選擇。通常情況下，如果起刀路線相對(duì)較短，可以有效提升總體的加工效率，但科學(xué)的起刀點(diǎn)、切入點(diǎn)、切入方式對(duì)比和選擇，可以使得整個(gè)的切入過程保持在相對(duì)平穩(wěn)的情況下，避免加工過程中出現(xiàn)異常的走刀沖擊，使得加工的零部件精度、粗糙度等各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。（3）刀具選擇要正確，數(shù)控機(jī)床加工中的刀具選擇與整體的加工效率和精度有著直接的關(guān)系，在刀具選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮多方面的因素，比如，結(jié)合工作材料性能、機(jī)床加工能力和加工工序要求等。

2.2 數(shù)字處理

數(shù)控編程技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)字處理是其中的關(guān)鍵工序，是工藝完成后的工作程序，具體是對(duì)一切刀位數(shù)據(jù)開展的數(shù)字化處理。根據(jù)數(shù)控加工領(lǐng)域的現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，刀位數(shù)據(jù)獲取時(shí)，需獲得關(guān)于零件尺寸、加工路線、刀具半徑補(bǔ)償?shù)确矫娴膬?nèi)容，在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)確計(jì)算出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，最后再獲得刀位數(shù)據(jù)方面的信息。

2.3 數(shù)控編程的方法

2.3.1 手工編程

現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)有手動(dòng)編程和自動(dòng)編程之分，零件圖樣分析、加工工藝過程與數(shù)值計(jì)算、零部件加工程序編寫等環(huán)節(jié)都是由手工編程的方式來實(shí)現(xiàn)的，程序員需具有極高的編程能力，不僅熟悉數(shù)控代碼、編程規(guī)則方面的東西，還能兼具數(shù)控加工工藝和數(shù)值計(jì)算等方面的能力。如果在加工領(lǐng)域面臨的是幾何形狀簡(jiǎn)單、計(jì)算量少且程序流程少的零件，利用手工編程的方式更合適。

2.3.2 自動(dòng)編程

自動(dòng)編程與手工編程不同，包含APT 語言自動(dòng)編程和CAD/CAM 集成數(shù)控編程。首先，就APT 語言自動(dòng)編程而言，數(shù)控加工程序的編制是由計(jì)算機(jī)專用軟件或者模塊來完成的，編程人員在確定程序時(shí)，用APT 語言書寫好的零件加工程序直接輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化模塊在程序執(zhí)行的過程中，就可以直接對(duì)刀位文件進(jìn)行后置處理，處理結(jié)束后也就形成了數(shù)控系統(tǒng)可接受的數(shù)控加工工序流程。其次，在CAD/CAM 集成數(shù)控編程技術(shù)下，計(jì)算機(jī)及其軟件系統(tǒng)是其中的重要構(gòu)成，在這些輔助下，也就可以自動(dòng)生成相應(yīng)的數(shù)控加工過程，編程的自動(dòng)化程度非常高。

2.4 后處理技術(shù)

現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)中的后處理技術(shù)也尤為重要，這一技術(shù)應(yīng)用是否合理，將決定數(shù)控軟件是否與機(jī)床控制要求的匹配性。后置處理的過程中，一系列的處理流程下，數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的源文件也就被轉(zhuǎn)換為了NC 代碼，這一轉(zhuǎn)換過程中，可以有效保障數(shù)控機(jī)床的加工效率和精度，因此，專業(yè)的程序員在編程過程中應(yīng)注重技術(shù)的創(chuàng)新。對(duì)于一般的CAD/CAM 系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)中因?yàn)榘A(yù)編程后處理技術(shù)，在這一技術(shù)的輔助下，預(yù)編程軟件文件源文件也就可以在一定的條件下被轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床可自動(dòng)識(shí)別的NC 代碼，再加上其給系統(tǒng)提供了對(duì)應(yīng)的智能識(shí)別軟件，機(jī)床類型與功能的智能化識(shí)別，使得后處理程序可以高效執(zhí)行。

3 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展前景展望

3.1 集成化

隨著當(dāng)前數(shù)控加工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，行業(yè)對(duì)現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)提出了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)，隨著行業(yè)發(fā)展規(guī)模的日漸擴(kuò)大，現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)在未來將朝著集成化的方向邁進(jìn)，以推進(jìn)過程控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)、系統(tǒng)后處理系統(tǒng)的有效集成。現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的集成化發(fā)展使得在特定的空間范圍內(nèi)，不僅可以有效進(jìn)行內(nèi)部空間資源的合理應(yīng)用，還可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院桶踩裕?jié)約資源的同時(shí)也可以進(jìn)一步提升數(shù)控加工產(chǎn)品的效率和效益。

3.2 智能化

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)在當(dāng)下及未來的發(fā)展中要堅(jiān)持智能化的發(fā)展趨勢(shì)，通過編程的智能化，可以減少在數(shù)控編程系統(tǒng)中的手動(dòng)編程，使得數(shù)控加工領(lǐng)域的人力投入量大大減少，避免人為誤差所引起的加工質(zhì)量和安全問題。此外，現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的智能化趨勢(shì)，還可以將人的判斷、專業(yè)知識(shí)等充分融入集成系統(tǒng)中，即使是一些簡(jiǎn)單的加工步驟，也可以被機(jī)械識(shí)別和控制，整個(gè)的數(shù)控機(jī)床加工更為便捷與高效。智能化的數(shù)控編程技術(shù)，專家系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)庫、自學(xué)習(xí)系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)都是其中的重要構(gòu)成。

3.3 并行化

對(duì)于任何一個(gè)機(jī)械零部件的加工而言，其整體的加工流程復(fù)雜，只有做好了數(shù)控加工中的全面協(xié)同，才可以提升加工效率和精度。因此，現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)在當(dāng)下及未來還應(yīng)朝著并行化的方向發(fā)展，以構(gòu)建完善的計(jì)算機(jī)協(xié)同系統(tǒng)，使得在機(jī)械加工過程中，能夠改變傳統(tǒng)單一、獨(dú)立的工作模式，形成并行化運(yùn)行機(jī)制。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)化發(fā)展步伐的加快，數(shù)控機(jī)床技術(shù)在近年來取得了卓越的發(fā)展成就，但因?yàn)楝F(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控加工中的關(guān)鍵技術(shù)，在當(dāng)下及未來的加工領(lǐng)域，都應(yīng)該注重現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，以充分改變數(shù)控機(jī)床加工領(lǐng)域的控制方式，提升總體的系統(tǒng)運(yùn)行能力。