現代數控編程技術的應用分析

劉江飛

摘要：現代數控編程技術是數控加工中的重要環節，也是CAD和CAPP等系統能夠發揮效益的主要環節，實現了設計加工的自動化、加工精確化，并且提高了加工質量，降低了產品研發周期等。數控機床技術在機械制造業中的廣泛應用使其關鍵技術也就是現代數控加工技術也得到了廣泛重視，能夠對復雜的零件加工進行高效化處理，對零件加工理論與方法的研究也發揮著重要作用。數控編程技術作為數控加工技術中的關鍵環節，在汽車制造、航空、機械制造等方面發揮著重要作用。本文主要針對現代數控編程技術展開論述，對其技術與應用進行分析。

關鍵詞：現代數控編程技術;數控加工技術;應用分析

0? 引言

作為一種新型技術手段，現代數控編程技術在現代制造業中得到了廣泛應用，并且為制造領域的發展與革新帶來了全新的動力，可以說現代數控編程技術的產生和發展為國際制造領域的長遠發展提供了強有力的推助。現代數控編程技術對于現代制造企業來說，其地位以及帶來的推動力并不僅僅是某一種技術的革新與發展，而是包括計算機技術、互聯網技術、現代通信技術、光電技術、現代控制技術等多種技術，運用技術性手段集結于現代數控編程技術于一身，因此現代數控編程技術是一項具有綜合性特征的技術手段。

1? 現代數控編程技術分析

現代數控編程技術的運用通常需要對加工要求進行分析，完成有關的工藝設計，并確定產品加工的最終方案。其中包含了加工機床、刀具、夾具等設備的選擇。同時還要確立科學的走刀路線與切削用量等，建立工件的幾何模型，對產品加工期間刀具相對工件運動的軌跡、機床運動軌跡等進行計算。根據數控系統可以接受并運行的程序格式建立科學的零件加工工序，最后通過對工序的調整與優化最終得出合理的產品加工程序。針對一些加工難度不一的工件而言，可以通過手工編程、自動化變成等途徑獲取最終的產品加工程序，其中手工程序與編制數控加工程序的過程都要通過人力的方式實現，包含了零件的圖樣分析、工藝分析、加工路線的確定、工藝參數設定、數控機床數據計算等，通常在一些較為簡單、程序較短、計算難度較低的零件加工中應用較為廣泛。但手工編程的缺點也很明顯，效率不足、容易出現偏差等，并且各個坐標的計算工作量較大，對于編程人員具有較高的專業技術要求。而自動編程便是通過計算機以及有關的計算機軟件來完成數控加工程序，加工期間除去部分零件土樣設計及工藝的設計會通過手工的方式完成之外，其他部分都會利用計算機軟件實現。和手工編程模式對比，自動編程明顯效率更高、容錯率較高且出錯率更低，能夠適應各種復雜的工件加工要求[1]。

2? 現代數控編程技術的應用

2.1 零件幾何建模

零件的幾何建模指的是曲線曲面生成、編輯裁剪、拼接、過度等，曲面造型通過曲面來展現出零件的形狀造型，和線框造型方法對比，可以展現出邊信息、表面特點、棱邊連接向等信息。和實物造型對比，曲面造型的管控更加容易也更加靈活。當前廣泛應用的現代數控編程軟件都具有幾何建模的功能，但功能性的側重點并不相同，不過都可以保存成通用的應用格式，運用多個軟件實現軟件造型功能的相互補充。

2.2 確立加工方案及參數

結合需要加工零件的幾何模型來確定數控加工的工藝路線、加工參數等。刀具和刀軸的控制，以及走刀路線、進給速度的自動化優化及自適應控制是近些年現代數控編程技術研究中的熱點，主旨在于盡量滿足實際加工要求，保障機床能夠順利運行，提高刀具壽命等，從而改善零件加工效率。

2.3 刀具軌跡的生成

刀具軌跡的生成會對加工的質量帶來影響，而刀具軌跡生成的主要方向便是保證生成刀具能夠滿足以下要求：無碰撞無干涉、軌跡光滑、切削符合能夠達到需求、代碼質量滿足要求等。刀具軌跡的生成還要具有較強的穩定性與適用性，穩定性強代碼量小都是較為理想的條件。數控編程技術的重點便是生成刀具軌跡，之后將刀具軌跡離散為刀位點，再通過后置處理形成數控加工程序[2]。

2.4 數控加工仿真技術

隨著數控編程技術不斷地應用和研究，目前已經在工藝設計以及刀具軌跡生成等方面具有了顯著的技術突破。但零件的形狀多種多樣，并且加工環境也可能存在變化，因此零件加工工作也難保不會出現一些影響因素。這些影響因素通常指的是零件加工期間的過切、欠切、機床部位干涉碰撞等，數控加工仿真技術便是利用計算機軟件實現加工環境、刀具軌跡、加工流程的模擬，從而改進零件的加工工序，替代原本生產中的工件試切環節，相比之下與傳統的工件試切對比成本投入更少、效率更高、更加安全等，也是提升數控編程質量的有效途徑。當前數控仿真技術在試切下的模型化以及仿真計算等方面已經有了突破，正在向提高模型精度、提高仿真計算實時性、優化圖形真實度等方向進行優化和改進。

根據試切環境模型特征進行分析，NC切削期間的仿真劃分為幾何仿真和力學仿真兩種。其中幾何仿真并不需要結合切削參數和切削力等因素進行設計操作，只需要結合仿真刀具到工件幾何體的運動過程，驗證NC程序的合理性即可。幾何仿真能夠有效規避由程序錯誤而引發的機床受損、刀具這段、零件損傷等現象，而且還能進一步降低產品設計到制造的周期，提高加工效率的同時控制成本投入。力學仿真屬于物理仿真的范圍，利用仿真切削期間的動態力學進行刀具損壞、刀具振動的預測，并對切削參數進行調節，實現切削的最優化。

仿真期間的數據驅動通常應用CL數據或NC代碼，而根據這兩種應用模式則可以將數控加工仿真分為后置處理前數據和后置處理過程的仿真。前者是基于CL數據的數控加工仿真，后者則是基于NC程序的過程仿真。基于CL數據的仿真同樣不需要考慮切削力和切削參數等因素，只需要對刀具運作過程進行仿真即可，主旨在于檢驗刀位軌跡的合理性，確保零件加工的質量，這種仿真技術發展歷程較久，直至當前已經形成了一些較為完善的商品軟件。而基于NC程序仿真在作用上可以劃分為以下幾種：①NC程序的正確性檢驗;②操作人員培訓;③進行碰撞檢測。因為驅動數控機床運動的為NC指令，所以這一加工過程仿真與CL數據對比更加貼近加工的實際過程，但因為在仿真器件考慮了環境因素，所以仿真的難度也有所提高。

現代數控加工過程的動態仿真驗證手段可以分為兩類：①只顯示刀具模型與零件模型的加工過程仿真。如U GII CAD/CAM集成系統中的Vericut動態仿真工具;②同時動態顯示刀具模型及零件模型、夾具模型、機床模型的仿真系統，如U GII CAD/CAM集成系統中的Unisim機床仿真工具[3]。

2.5 后置處理技術

后置處理技術也是數控編程技術中的重要構成，決定了數控軟件對于機床的控制效果。后置處理便是將數控機床控制源文件轉變為NC代碼，時效內數控機床的識別。這一環節至關重要，甚至決定了數控加工能否順利開展，所以程序員需要不斷進行技術改進。通常CAD/CAM系統能夠提供系統中可以預編程的軟件，將其轉變為NC代碼讓數控設備能夠識別，再提供一些識別軟件，根據CAD/CAM后置處理技術功能模塊的軟件設計，保證設備能夠運行后處理程序。除此之外，還可以結合用戶對于數控機床三軸運動的結構及功能的分析，在編程語言和后處理技術作為基礎的多程序中生成到源文件，包括指令轉換為設備能夠識別的NC代碼文件，通過數控機床進行零件的定制加工。

3? 數控編程技術的具體應用

3.1 CAD模型的建立

某項目加工一批頭盔模具，代加工零件毛坯長寬高為298mm、298mm、210mm，加工項目共分為3個區進行精加工。

3.2 加工方案的確定

在分析和設計頭盔模具加工工藝期間，需要根據產品的加工要求，由粗加工、半精加工、分區精加工、清根加工等多個方面實施，具體內容如表1所示。

3.3 數控加工仿真、檢驗、優化

工件加工處理通常選擇仿真系統VERICUT，仿真系統VERICUT通過ARTCLSF仿真與G代碼構成，利用G代碼仿真視圖與局部視圖的分析來進一步了解加工環境情況，系統仿真和實際加工現狀較為貼近，能夠快速了解工件的一系列加工過程，有利于及時找到問題解決問題，對加工方案進行優化，避免設計誤差等因素對工件加工質量帶來的不利影響。拱架加工選擇恒定體積去除率和恒定切削厚度結合的方式實現多種加工工序，粗加工和半精加工的優化選用恒定體積去除率的方法手段，分區精加工及清根加工則選擇恒定切斜厚度及恒定體積去除率結合的方式改善。刀具優化的整體加工時間約為296.24min，經過優化后加工時間得到了有效縮減，縮減到了228.03min，提高了工件加工的效率，也保證了加工質量。優化處理可以保證穩定體積去除率，規避沖擊荷載，而且數控機床的應用也能保障刀具的使用壽命，提高刀具的運作穩定性等[4]。

4? 結束語

現代數控編程技術具有明顯的系統化特征，數控編程技術通過CAD、CAM以及數控加工仿真技術實現了零件加工工序的編程，對其中的影響因素和細節部分進行分析，根據實際加工要求編制合理可行的NC程序。之后利用數控加工仿真軟件生成NC代碼，實施仿真、檢測、優化等，進一步改善零件加工過程的合理性與精確性，提升零件加工質量。

參考文獻：

[1]彭湘，楊芳，伍浩.現代數控編程技術的應用淺析[J].科技經濟導刊，2018：39.

[2]高明慧.現代數控編程技術的應用分析[J].科技與創新，2015：149，151.

[3]張裕華.現代數控編程技術及應用[J].中國科技博覽，2016：343.

[4]裴建軍.現代數控編程技術的應用研究[J].科技與創新，2017：146-147.