數控車加工非圓曲線編程探討

張哲方

摘要：隨著科學技術的進步，現代化制造業較之傳統制造業取得了相當大的進步，數控技術和數控設備是現代化制造業的基礎，它們的發展水平關系到國家的經濟發展、綜合國力和戰略地位，因此，我國在數控技術及產業發展方面采取了重大措施，使我國數控領域得到可持續發展。本文簡要介紹了數控機床的概念，詳細論述了數控加工和數控加工的編程方法，并且重點研究了非圓曲線的編程方法。

關鍵詞：數控機床；數控加工；非圓曲線加工；編程方法

前言：數控技術也叫做數字化控制技術，是一種按照控制程序，控制程序是工作人員用計算機事先編好的，來執行對機械設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能，進行機械零件加工的技術，計算機軟件的應用代替了原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，實現了存儲數據、處理數據、運算數據、邏輯判斷等各種控制機能，是制造業信息化的重要組成部分。隨著智能化、網絡化技術的發展，數控技術向著高效率、高質量、高精度的方向發展。數控技術在信息產業、生物產業、航空航天國防工業等各領域得到廣泛應用，以提高制造能力和水平，提高對市場的適應力和競爭力，數控技術的應用是制造業成為信息化的象征，對我國社會經濟的發展起著越來越重要的作用，因此，為實現經濟迅速發展、提高綜合國力和國家地位，必須大力發展以數控技術為核心的現代化制造技術及其產業。

1.數控機床

數控機床也叫做數字控制機床，是一種裝有能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序控制系統，并通過譯碼，用代碼化的數字表示出來，通過信息載體輸入數控裝置，經運算處理由數控裝置發出的各種控制指令，來控制機床的動作，按照圖紙要求的尺寸和形狀，自動的將零件加工出來的自動化機床，具有高度柔性、高精度、加工質量穩定可靠、加工效率高、自動化程度高等優點，數控機床能夠很好地解決復雜、精密、小批量、多品種零件的加工。數控機床的基本組成包括加工程序載體（主機）、伺服與測量反饋系統、數控裝置、數控機床輔助裝置、機床主體。數控機床在制造業，尤其是汽車、航空航天和軍事工業得到廣泛應用。目前，數控機床的發展日新月異，智能化、網絡化、開放化、并聯驅動化、高效率、高精度、綠色化等成為數控機床的發展趨勢和研究方向。

數控車床是集機械、電氣、液壓等多技術為一體的機電一體化產品，是目前國內使用量最大、覆蓋面最廣的一種自動化數控機床，配備了我們必須使用工位刀塔和動力刀塔，其工藝性能具有廣泛性，可以加工成各種復雜的形狀，減小了工作的繁雜程度，同時還具有各種補償功能，并在復雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果。

2.數控加工和數控編程

數控加工工藝的主要內容為：確定工序內容；確定加工方案；制定工藝路線；設計加工工藝。

加工路線的確定在加工過程中具有重要的地位，因為每道工序加工路線的確定都非常重要，它與零件的加工精度和粗糙度直接相關。數控機床編程準備的工藝事項，數控機床是一種高效率的設備，若要充分發揮它的高效率，我們必須掌握數控機床的性能、特點、操作方法等，同時還要確定加工方案，對于加工方案，我們應根據零件的具體條件，選擇經濟合理的工藝方案。工藝事項包括：工藝劃分、零件裝夾方法、零件的工藝編制。工序劃分又有按所用刀具劃分工序、按粗細加工劃分工序、按先面后孔的原則劃分工序。我們要遵守保證精度，提高生產效率的加工工序劃分原則。

3.非圓曲線的編程

隨著數控機床的不斷普及，機械加工中常應用到非圓曲線（比如橢圓、雙曲線、拋物線等）零件的，規則曲線的編程方法已經無法滿足人們對于非圓形曲線編程的需求，非圓形曲線零件具有復雜性、尺寸不一、要求精確度高、品種繁多且批量少等特點，這就迫切需要對非圓形曲線零件的加工編程方法進行研究。非圓弧曲線是作為直線、圓弧插補的一個補充，其編程方法主要通過采用數控自動編程軟件或者宏程序編程實現。

3.1.宏程序編程

宏程序加工，是用公式進行零件加工的方法。我們要了解宏程序中的變量、變量間運算指令、控制語句的內容，我們可以使用變量進行數學運算、邏輯運算和函數的混合運算，另外還可以通過循環語句、子程序、分支語句等進行各種復雜的零件的加工，宏程序編程適用于拋物線、橢圓、雙曲線等沒有插補指令的非圓曲線的編程，只是尺寸不同、位置參數不同的系列零件的編程。當零件的形狀沒有改變但是尺寸發生改變時，只能重新進行編程，缺乏靈活性和適用性，通過宏程序編程，我們只需要在宏程序編程中給要發生變化的尺寸加上幾個變量再加上必要的公式就可以了，當尺寸發生變化時只需要改變這幾個變量的賦值參數。宏程序編程可以用函數公式來描述零件的輪廓或者曲面，在數控編程中，宏程序不僅可以實現像子程序那樣，對編制形同加工操作的程序非常有用，還可以完成子程序無法實現的特殊功能，減少手工編程中繁瑣的數值計算，以及簡化程序量，提高加工效率。宏程序結構流程為：開始；給常量賦值；給變量賦值；計算坐標值；指令機床沿著曲線移動X、Z坐標；變量遞增或者遞減；判斷是否到達終點，如果未到終點，執行計算坐標值命令；如果達到終點，則結束。

在數控編程中，宏程序編程靈活、高效、快捷，是加工編程的重要補充。例如我們生活中經常用到的FANUC數控系統用戶宏程序，它是由包含變量、包含算數或邏輯運算的程序段、包含控制語句、包含宏程序調用指令的程序段構成。其變量種類有四類：空變量該變量總是空，局部變量，公共變量，系統變量。這四種變量各自有各自的功能在數控編程中具有重要的作用。

FANUC宏程序的轉移和循環，其中包含無條件轉移和條件轉移，其中后者也就是我們經常說的IF語句。宏程序的運算符包括EQ、NE、GT、GE、LT等。FANUC數控車削宏程序有宏程序和程序中調用宏程序的指令，其中用戶宏程序有兩個要點：在宏程序中存在變量和宏程序能依據變量完成某個具體操作。其特點是：1.可以進行變量的運算，還可以使用各種語句。2.依據變量，得到計算好的變量值，3.通用性強，曲線的各種參數可用變量表示。

宏程序編程的基本原理是用戶用數量作為數據進行編程，變量在編程中充當媒介作用，以后也可以在程序中重新再賦值，原來內容被賦值所代替，最終可以用簡單的直線或者圓弧線呈現出和理想輪廓曲線相近的曲線。宏變量可以進行循環嵌套和局部變量。

宏程序零件編制實例，例如我們經常用到的拋物線宏程序的應用，如圖所示，已知前端橢圓的方程為拋物線，Z=-X2/24.2。設X軸布局為0.06，原始毛坯為φ30×70，T01為粗車刀，T02為精車刀，尺寸如圖所示，編寫加工程序。計算拋物線線低的直徑：將Z=20帶入，直徑為φ22mm。運用調用子程序或符合循環法進行計算。

3.2.自動編程

自動編程是使用CAD軟件制作零件或產品模型，再利用軟件的CAM功能生成數控加工程序。自動編程需要借助專門的數控編程軟件來實現，自動編程的數學處理能力強、后置處理程序靈活，程序自檢、糾錯能力強、便于實現與數控系統的通訊、生成迅速、質量高、錯誤率小等優點。自動編程可以分為語言數控自動編程、圖形交互自動編程 、語音提示自動編程、數字化儀自動編程。自動編程適用于中等復雜程度、計算量不大、人工難以完成的零件加工的編程，掌握并充分利用CAD/CAM軟件進行非圓曲線數控加工，可以大大提高設計效率和質量，減少編程時間，充分發揮數控機床的優越性，提高整體生產制造水平。

自動編程采用圖形交互式自動編程，即計算機輔助編程，也稱為CAD/CAM系統，是將CAD（計算機輔助設計）與CAM（計算機輔助制造）高度結合的自動編程系統。

數控機床自動編程指的是用計算機代替手工進行編程，用計算機自動計算數值，編寫零件的規格型號，自動打印加工程序單，并將其記錄在數控介質上，數控加工中，加工程序編制的工作量大，手工編程只能適應簡單的數控加工，因此數控機床發展的同時，人們已經開展了自動編程技術的研究。數控機床的自動編程主要有語言自動編程和圖文交互式自動編程兩類，未來的發展將會更多地被應用。

4.結束語

數控車加工中對非圓曲線編程時，運用宏程序編程方法，具有程序結構簡單，使用方法靈活的優點；采用數控自動編程軟件進行編程，大大減少了復雜的數學運算，降低了誤差，簡化了程序，方便快捷。在非圓曲線零件加工中選擇合適的數控加工方法，在現代化的信息時代，可以大幅度提高非圓曲線零件的加工效率和加工質量，可以滿足現代化制造也對于高精度非圓曲線零件的加工需求，實現經濟效益，對數控技術及行業的發展起重要促進作用，提高現代化制造技術及其產業的市場競爭力和適應力。

參考文獻：

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