零件編程工程技術(shù)論文

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1引言

利用數(shù)控機(jī)床的數(shù)控加工，除了對(duì)數(shù)控機(jī)床要求多軸聯(lián)動(dòng)以外，程序的編制是加工中的關(guān)鍵問題之一，在很大程度上決定了零件的加工精度和生產(chǎn)效率。據(jù)國內(nèi)外數(shù)控加工統(tǒng)計(jì)表明，造成數(shù)控加工設(shè)備閑置的原因大約有20%~30%是由編程不及時(shí)造成的，數(shù)控程序編制的費(fèi)用甚至可以與數(shù)控機(jī)床的成本相提評(píng)論。因此，質(zhì)量高、速度快的編程方法，一直是和數(shù)控機(jī)床本身并行發(fā)展的。自動(dòng)控制機(jī)床問世至今經(jīng)歷將近半個(gè)世紀(jì)，數(shù)控加工編程方法經(jīng)歷了手工編程、數(shù)控語言自動(dòng)編程、圖形交互編程、CAD/CAM集成系統(tǒng)編程幾個(gè)發(fā)展時(shí)期。當(dāng)前，應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床加工編程的主流。編程過程中，選擇合適的編程方法，制訂合適的編程策略，不僅能有效減少程序長度，提升加工效率，更能提高加工精度，提高零件表面加工質(zhì)量。

2數(shù)控編程概述

在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，一般是由工藝人員按照設(shè)計(jì)圖樣事先制訂好零件的加工工藝規(guī)程。在工藝規(guī)程中確定零件的加工工序、切削用量、機(jī)床的規(guī)格及工具、夾具等內(nèi)容。操作人員按工藝規(guī)程的各個(gè)步驟操作機(jī)床，加工出圖樣給定的零件。這樣，整個(gè)零件的加工過程都是由人來完成。在由凸輪控制的自動(dòng)機(jī)床或仿形機(jī)床上加工零件時(shí)，雖然不需要人對(duì)它進(jìn)行操作，但必須根據(jù)零件的特點(diǎn)及工藝要求，設(shè)計(jì)出凸輪的運(yùn)動(dòng)曲線或靠模，由凸輪、靠?？刂茩C(jī)床運(yùn)動(dòng)，最后加工出零件。在這個(gè)加工過程中，雖然避免了操作者直接操作機(jī)床，但每一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)或靠模，只能加工一種零件。當(dāng)改變被加工零件時(shí)，就要更換凸輪、靠模。因此，它只能用于大批量、專業(yè)化生產(chǎn)中。數(shù)控機(jī)床和以上兩種機(jī)床不同。它是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)零件進(jìn)行加工。編程人員把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)以及輔助功能等，按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這一程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而控制機(jī)床加工。從零件圖紙到制成控制介質(zhì)的過程，稱為數(shù)控機(jī)床的程序編制，即數(shù)控編程。數(shù)控編程是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，數(shù)控機(jī)床之所以能加工出各種形狀、尺寸和精度的零件，就是因?yàn)橛芯幊倘藛T為它編制不同的加工程序。數(shù)控編程主要有手工編程和自動(dòng)編程兩類。對(duì)于簡單的零件，通常使用手工G代碼編程的方法；而對(duì)于復(fù)雜的零件，就常常借助于CAD/CAM軟件自動(dòng)編程。從零件圖樣的分析及工藝處理，數(shù)學(xué)處理和數(shù)值計(jì)算，編寫程序清單，直到程序的檢查和校核，均是由人工完成的，稱為手工編程。異型軋輥?zhàn)鳛榉菆A截面零件，由前一章分析可知，加工點(diǎn)計(jì)算復(fù)雜且繁瑣，而且需要逐點(diǎn)計(jì)算各加工點(diǎn)的加工坐標(biāo)，工作量大，顯然不適用于手工G代碼逐個(gè)加工點(diǎn)編程。

3自動(dòng)編程

手工編程工作量很大，通常只適用于一些簡單的零件。對(duì)于幾何形狀復(fù)雜或者編程量很大的零件，手工編程便難以勝任。正是因?yàn)檫@種客觀上的需要，自動(dòng)編程技術(shù)出現(xiàn)并發(fā)展起來。如今，自動(dòng)編程技術(shù)已是數(shù)控加工中的關(guān)鍵技術(shù)。一般認(rèn)為，凡是大部分或者全部采用計(jì)算機(jī)軟件處理圖形并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)控加工程序的過程就可以稱為自動(dòng)編程。目前，圖像交互式自動(dòng)編程技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。交互式圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)采用圖形輸入方式，通過激活屏幕上的相應(yīng)選單，利用系統(tǒng)提供的圖形生成和編輯功能，將零件的幾何圖形輸入到計(jì)算機(jī)，完成零件造型。同時(shí)以人機(jī)交互的方式指定要加工的零件部分、加工方式和加工方向，輸入相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，通過軟件系統(tǒng)的處理自動(dòng)生成刀具路徑文件，并動(dòng)態(tài)顯示刀具運(yùn)動(dòng)的加工軌跡，生成適合指定數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序，最后通過通信接口，把數(shù)控加工程序送給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。這種編程系統(tǒng)具有交互性好，直觀性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，便于修改和檢查，使用方便，容易掌握等特點(diǎn)。因此，交互式圖形自動(dòng)編程已成為國內(nèi)外流行的CAD/CAM軟件所普遍采用的數(shù)控編程方法。交互式圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了造型—刀具軌跡生成—加工程序自動(dòng)生成的一體化，它的3個(gè)主要處理過程是：零件幾何造型、生成刀具路徑文件、生成零件加工程序。

（1）零件幾何造型

一般交互式圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)都提供CAD設(shè)計(jì)模塊，可以很方便地建立零件幾何模型。除此之外，交互式圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)還提供標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口，可以通過導(dǎo)入、導(dǎo)出、轉(zhuǎn)換等得到編程系統(tǒng)的圖形格式。

（2）生成刀具路徑文件

在完成了零件的幾何造型以后，交互式圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)便可以生成刀具路徑，這一過程也常稱為前置處理。其基本過程為：首先確定加工類型，選擇加工部位，選擇走到路線或切削方式；選取或輸入刀具參數(shù)等加工所需的全部工藝切削參數(shù)；編程系統(tǒng)根據(jù)這些零件幾何模型數(shù)據(jù)和切削加工工藝數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算、處理，生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，即刀位文件，并動(dòng)態(tài)顯示刀具運(yùn)動(dòng)的加工軌跡。

（3）生成零件加工程序

這一過程也稱為后置處理，其目的是生成針對(duì)特定數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序。每一種數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的代碼及格式不盡相同。因此，自動(dòng)編程系統(tǒng)通常提供多種專用或者通用的后置處理文件。后置處理文件的作用即是將已成生的刀位文件轉(zhuǎn)變成合適于被選擇數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序。這些文件多數(shù)是開放的，編程人員可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行修改。

4R參數(shù)編程

R參數(shù)編程方法本質(zhì)上也屬于手工編程，是西門子數(shù)控系統(tǒng)提供的一種先進(jìn)的編程方法，它是使用參數(shù)變量來代替程序中的功能代碼或地址值而編寫的加工程序。R參數(shù)編程的實(shí)質(zhì)，就是用變量R編寫邏輯計(jì)算公式，并根據(jù)R數(shù)值的條件，多次調(diào)用子程序，以簡化編程，并使得程序簡明精練，計(jì)算精確無誤。在加工程序中，靈活地運(yùn)用R參數(shù)能夠使程序簡潔而實(shí)用。在SINUMERIK810D數(shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)提供的R參數(shù)共有100個(gè)，即R0～R99,在編程中可對(duì)這些R參數(shù)進(jìn)行賦值，例如：R0=2，R1=-7。R參數(shù)還可進(jìn)行加、減、乘、除、開方、乘方、三角函數(shù)等運(yùn)算，例如：R1=R1+1，R2=SIN(R0)。編制R參數(shù)程序時(shí)，首先確定參數(shù)變量，然后根據(jù)加工要求編制邏輯計(jì)算程序，最后確定參數(shù)值和初始狀態(tài)，將編好的程序輸入數(shù)控機(jī)床即可運(yùn)行。在加工過程中可根據(jù)不同零件的特點(diǎn)和加工需求來設(shè)定加工參數(shù)，從而控制零件的加工精度。對(duì)于形狀相似的零件，應(yīng)用高級(jí)編程及R參數(shù)編制數(shù)控程序，只需編制一個(gè)零件的加工程序，僅需改變R參數(shù)的值就可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸零件的加工，從而減少編程工作量，同時(shí)還可避免因輸入程序時(shí)可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤，還可省去程序校驗(yàn)時(shí)間，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。

5結(jié)語

研究了數(shù)控編程的基本方法，逐一研究了各自動(dòng)編程方法在加工編程方面的應(yīng)用和缺點(diǎn)，介紹了R參數(shù)編程方法。配合程序跳轉(zhuǎn)功能，R參數(shù)編程已經(jīng)具有簡單的高級(jí)編程語言所具有的功能，更能發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能。