基于車削特征的編程助手系統開發

鄧集松

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

0 引言

數控加工程序的編制是進行數控加工的關鍵。隨著數控車削加工的廣泛應用，數控車削加工程序中大量使用車削循環和參數宏程序。目前，國內外CAM軟件大多只能對零件進行常規程序編制，不能實現宏程序、固定循環編制要求，市面上還沒有輸出車削循環的CAM軟件。傳統方式下的編程質量主要取決于編程員個人的熟練程度和編程經驗，增加了產品質量的不穩定因素，因此迫切需要一種簡單、易學、高效、標準的基于車削特征的編程助手系統，固化編程格式，提高編程效率，確保產品質量。

1 系統開發的概述

通過對車床主流的FANUC系統建立車削特征的數控編程助手系統，總結編程經驗和成果，改變過去粗放式的數控程序編制模式，以標準、簡捷、固定的編程格式指導生產，通過固化程序來減少人為編程錯誤，提高首件調試合格率，減少生產準備時間，提高數控機床利用率，避免因參數、字母輸入錯誤或系統不兼容、程序不規范等問題而導致零件不合格。

2 系統開發的主要內容與關鍵問題

該系統使用自動編程技術和零件特征編程技術，綜合了先進的加工解決方案，以FANUC系統的固定循環及專用宏程序為藍本，用C++語言進行開發[1-2]，用控制系統的代碼將不同的零件特征部位快速表達出來。系統開發的主要內容如下：1）根據目前典型零件的特點，收集典型零件的加工要素；2）根據機床特點和加工能力對零件特征進行分組、分類處理，提取關鍵要素；3）根據不同的控制系統，對每個特征的加工步驟進行優化，同時對刀具規格、刀具軌跡、程序格式等進行標準化處理；4）根據控制系統，編制基于零件特征的參數化程序；5）利用C++語言開發數控編程界面[2]；6）對不同加工特征進行加工驗證，同時收集問題，解決特征編程庫中存在的問題；7）將特征編程庫應用于實際生產，對其加工程序進行進一步修正，以切實達到提高編程效率、減少人為編程錯誤、實現程序標準化的目的。

需要解決的關鍵問題如下：1）零件特征的確定與收集；2）系統整體規劃方案及設定；3）功能模塊的劃分及設定；4）實現最終系統代碼的設計；5）驗證編程助手所編制程序的正確性。

3 基于車削特征的數控程序編制助手系統

基于車削特征的數控程序編制助手系統是編程員在數控車削程序編制過程中的一種輔助工具軟件，目前市場上專業CAM軟件無法自動生成宏程序和實現固定循環等功能，該軟件彌補了這一不足。為了進一步簡化編程步驟，該系統以調用刀具為單位，對各程序段進行了模塊化分割，編程人員在操作過程中只需要根據加工思路對應相應的零件特征，便可對該特征參數進行輸入，最后得到加工該特征所需要的NC程序代碼[3-4]。

3.1 系統特點

基于車削特征的數控程序編制助手系統不僅要通過對操作系統和零件特征的選擇進行NC程序編制，而且還要實現同系統不同格式代碼輸入、多個相同特征同時輸入、特征參數輸入糾錯等功能。因此，該系統主要特點如下：1）采用統一的數據格式，建立完整統一的參數輸入模型，保證數據的計算機輔助唯一性和可跟蹤性；2）設計了簡單易學實用的功能模塊，如零件特征選擇、多控制點位輸入及參數輸入防錯設計等模塊；3）具有可擴展性，能添加新的零件特征，同時在不影響內部計算機制的情況下，現有操作界面功能和零件特征、加工系統等都能方便地擴充。

3.2 實現方案

1）系統總體設計。針對典型加工的零件及編程員工作所需，從零件的典型結構特征、機床特點、工藝統一的角度進行成組化處理，提取關鍵工藝特征要素，形成特征要素庫，通過總結工藝知識、現場編程經驗，對特征的加工步驟進行優化，建立各種特征要素的加工程序庫，然后以零件的加工特征和加工系統為條件進行判別，彈出所需加工特征的參數輸入界面，再根據用戶輸入的參數值直接輸入NC程序代碼[4]。2）系統總體功能結構。該軟件功能結構如圖1所示。

圖1 系統總體功能圖

3.3 功能實現

為了方便數控程序管理，在每個數控程序前均需要輸入數控程序名稱、圖號及工序號。此外，對于特定的數控機床和零件加工（如圖2），其安全位置和換刀點均為一常量，所以本系統設置了公共參數設置區域。在進行程序編制過程中，數控編程員需要對數控系統和加工特征進行選擇，特征要素主要有外輪廓、內輪廓、螺紋、孔、槽等，這幾類特征分別有各自的加工特性和代碼生成方式。數控編程員輸入公共參數、選擇合適的加工特征后，點擊確定按鈕，即可對加工參數進行輸入。

圖2 特征選擇頁面

進入零件特征界面后（如圖3），數控編程員只需根據提示在各相應文本框處輸入相對應的參數、對應的特征坐標點，即可通過系統邏輯分析和后置運算處理得出相對應的NC程序。同時，本系統還開發了輪廓編輯系統，編程員只需輸入各特征點，即可預覽輪廓形狀，并得出最終的輪廓程序代碼。由于本系統對所有加工要素都進行了模塊化分割，所以在最終編譯出加工程序前，編程員可以在程序塊調整區調整各特征塊的加工順序，在預覽程序無誤后最終生成數控加工程序。

圖3 特征對話式編程界面

3.4 關鍵技術

1）零件NC程序的編譯。NC程序輸出是本系統的核心，在編程員輸入各項參數后，再通過后置系統邏輯判斷和后臺運算即可得到數控程序。以螺紋加工為例，正確輸入刀號、轉速、精車次數、退刀距離等數據后，即可生成數控程序。

2）零件輪廓建立。在數控車程序編制過程中，要想使用宏程序或固定循環加工輪廓，必須要用適當的方式先把輪廓程序表達出來，所以本系統根據目前數控程序標準格式，制定了輪廓建立方案，通過輸入點、線、圓弧等參數就可以完全實現輪廓建立。同時，該輪廓以模塊方式保存于系統中，可供粗加工、精加工共同使用，以自動生成程序段號的方式區分不同輪廓，能大大降低數控車程序編制工作量。

3）零件加工順序調整。在加工或者程序調試過程中，編程人員有可能對零件加工順序進行調整，本系統對零件加工部位進行模塊化劃分，并可以根據編程人員需求進行隨意順序調換，減少了人為操作中的失誤。

3.5 人性化及防錯設計

1）遵循界面簡捷、美觀大方、人機交互友好的原則。本軟件的界面分為參數示意圖、注意事項提示欄、程序格式選擇欄、參數輸入欄、坐標輸入欄和NC代碼顯示欄等6部分。把每個參數都配上代碼解釋和文字解釋，對于參數相對較多的特征，根據使用需要配上參數示意圖，幫助程序員理解參數含義。

2）為了簡化操作，本系統把部分需要手工輸入的參數設置成單選框，再通過單選框給變量賦固定值，不僅能減少輸入數據的工作量，還能有效防止參數輸入錯誤。且每兩個相鄰輸入框之間只需要使用Tab鍵就可以進行切換輸入，大幅度提高了參數輸入的效率。

3）參數輸入格式檢查。由于各項參數需要手工輸入，對各參數值的輸入進行了限定，防止輸入框中輸入內容錯誤。

4）將輸入數字四舍五入。由于大部分機床都只能識別3位小數，所以需要在離開輸入框以后對輸入的參數進行四舍五入，以防止因位數過多而導致機床無法識別。

5）根據輸入參數間的關系進行防錯。在編程過程中，各項參數都存在相互限制的關系，如在設置安全位置時，換刀點和安全位置必須在零件毛坯以外，否則會發生機床碰撞等情況。所以必須按照實際情況對各項參數進行限制，才能保證生成的NC程序正確可用。

4 使用情況

為了驗證本軟件的實用性、正確性和高效性，通過編制典型零件程序，進行了外形、螺紋、鉆孔、切槽等加工驗證，不僅編程速度明顯加快，一次調試合格率也明顯提高，取得了良好的效果，大大縮短了生產準備、調試時間，提高了調試合格率，達到降本增效的目標。

5結論

采用該系統編制的NC程序均為固定循環或成熟的宏程序，程序簡捷，在調試過程中方便進行調整和修改，減少人為錯誤，提高首件調試合格率，編程效率提高30%以上，該系統是第一款以參數編程為主導的電腦終端編程軟件，創造了數控車削程序編制的新模式。