淺談數(shù)控編程的學(xué)習(xí)與心得

【摘 要】介紹入門學(xué)習(xí)數(shù)控編程應(yīng)該掌握的的一些基本知識點和學(xué)習(xí)方法，對幾種常用數(shù)控機床的一些基本編程要點和技巧做些簡短說明以及對學(xué)好學(xué)精數(shù)控編程這門技術(shù)應(yīng)該作何前期準(zhǔn)備的一個簡單論述。為廣大初學(xué)者學(xué)習(xí)數(shù)控編程技術(shù)提供一些基本學(xué)習(xí)方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控編程；學(xué)習(xí)；數(shù)控機床

隨著我國制造業(yè)快速發(fā)展，數(shù)控機床以具有自動化程度高、生產(chǎn)率高、柔性好、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡(luò)、容易實現(xiàn)群控和良好的經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點，迅速的占領(lǐng)制造業(yè)的市場。對于機械制造專業(yè)的學(xué)生來講，今后畢業(yè)將從事的行業(yè)很可能是數(shù)控加工行業(yè)。因此學(xué)好數(shù)控加工技術(shù)對于今后的就業(yè)就有著更加重要的意義。筆者在此提出自己在學(xué)習(xí)和實際操作數(shù)控機床時的一些心得體會以供廣大初學(xué)者參考。

一、數(shù)控機床的加工原理

學(xué)習(xí)數(shù)控加工技術(shù)首先得弄清數(shù)控加工的工作原理。首先將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程的切削速度、進(jìn)給速度、工件和刀具的交換、冷卻液的開關(guān)等信息都按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，接著將該程序送到數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運算、處理，然后發(fā)出控制命令是個坐標(biāo)軸、主軸及輔助動作相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)刀具與工件間的相對運動實現(xiàn)零件的加工。

二、數(shù)控加工中涉及的坐標(biāo)系

數(shù)控機床上各個運動執(zhí)行部件的動作都是由數(shù)控驅(qū)動單元（CNC裝置）控制的。因此為了建立各個運動部件相對于機床的相對位置的量化關(guān)系可借助坐標(biāo)系來實現(xiàn)。這個坐標(biāo)系是機床出廠是生產(chǎn)廠家已經(jīng)確定的稱為機床坐標(biāo)系，建立機床坐標(biāo)系的原點稱之為機床原點或零點。參考點是機床上坐標(biāo)系中一個固定不變的位置點。通常將參考點與機床坐標(biāo)系原點設(shè)置為同一點，所以有些機床上回參考點操作也叫回零點操作。在數(shù)控編程中通常以零件圖上某一點來建立坐標(biāo)系進(jìn)行編程，這個點稱之為工件編程零點，這個坐標(biāo)系稱為工件坐標(biāo)系。建立工件坐標(biāo)系的目的在于方便和簡化編程。

三、數(shù)控編程的方法

數(shù)控編程的方法主要有兩種：一是手工編程；二是自動編程。兩種編程方法各有優(yōu)缺點和適用于不同的加工范圍。手工編寫的程序具有程序簡單精煉、易于讀懂、程序調(diào)整容易、適用于編寫比較簡單的零部件的加工程序，但是手工編程難以實現(xiàn)復(fù)雜曲面的加工。而自動編程是指用計算機來編制數(shù)控加工程序，自動編程的效率高、正確性好、操作安全可靠、能實現(xiàn)手工編程無法實現(xiàn)的復(fù)雜曲面的加工，但自動編程編寫的程序比較冗長、不精煉、有些情況下走到軌跡不是很合理比較耗費工時，所以編程人員要根據(jù)零件實際情況選擇合理對的編程方式。

四、常用機床的編程

（1）數(shù)控車床編程。數(shù)控車削加工過程中通常會用到車削循環(huán)指令，車削循環(huán)指令主要有簡單車削循環(huán)指令和復(fù)合循環(huán)車削指令，而簡單車削循環(huán)指令與復(fù)合車削循環(huán)指令里面又各包含幾種不同的車循循環(huán)指令。面對不同的車削循環(huán)指令究竟該用哪一種合理，依賴于學(xué)習(xí)者對各種車削循環(huán)指令的走刀軌跡及走刀特點有一定的了解才能做出合理的選擇。對于車削比較細(xì)長的工件而用到尾座和頂尖時，編寫加工程序時應(yīng)謹(jǐn)慎選擇退刀和換刀的位置防止刀架與頂尖或是尾座發(fā)生碰撞。另外在車削錐面和圓弧時由于刀位點的變動，往往會造成過切或欠切的現(xiàn)象，可借助刀尖半徑補償功能來消除此類加工誤差。（2）數(shù)控銑床編程。數(shù)控銑主要用于加工平面類、變斜角類、曲面類、箱體類零件。數(shù)控銑床在加工過程中實際是控制刀具中心軌跡來實現(xiàn)銑削加工的，因此若不采取措施直接編程加工，所加工的零件在尺寸方面必然達(dá)不到圖紙的要求。決解這個問題的方法主要有兩種：一是編程時在相應(yīng)的尺寸上加上或減去一個刀具半徑，二是運用刀具半徑補償功能來補償一個刀具半徑。在建立刀補的過程中刀具首先運動到程序中指定的目標(biāo)位置，然后再根據(jù)刀具半徑補償中儲存的數(shù)據(jù)相對與原軌跡偏離一個距離，所以在建立刀具半徑補償時建立刀補的距離必須大于刀具半徑。而且建立與取消刀補必須在G01和G00上進(jìn)行。在有些情況下為了防止在加工零件表面留下進(jìn)刀痕跡可選擇圓弧切入切出的方式進(jìn)行進(jìn)刀。另外通過修改刀具半徑補中存儲的數(shù)值還可實現(xiàn)粗精加工。當(dāng)數(shù)控機床用到多把刀進(jìn)行加工時，在對刀的過程中只有第一把刀的X、Y、Z三個方向都要進(jìn)行對刀操作其它刀具只需進(jìn)行Z方向?qū)Φ恫僮骷纯?。?）數(shù)控加工中心的編程。數(shù)控加工中心主要用于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求比較高的工件。數(shù)控加工中心與數(shù)控車數(shù)控銑最大區(qū)別在于數(shù)控加工中心有刀庫和自動換刀裝置。對于不同規(guī)格的加工中心擁有不同數(shù)量刀具的刀庫，故刀具從刀具庫轉(zhuǎn)到換刀位所需要的時間有長有短，因此在編寫換刀指令時也比較靈活。例如：當(dāng)?shù)毒叻祷氐綋Q刀點的時間小于從刀具庫選刀的時間，為提高生產(chǎn)效率減少等待換刀的時間可將選刀動作指令編寫在換刀指令之前，在銑削的同時進(jìn)行選刀。另外加工中心通常用長度補償指令來設(shè)置Z向零點。所以在設(shè)定工件坐標(biāo)系時通常僅僅在X、Y兩個方向上進(jìn)行零點偏置，Z向不進(jìn)行偏置采取直接置零。當(dāng)機床換上加工刀具后用塊規(guī)找正Z向，讀取塊規(guī)松緊合適時機床坐標(biāo)系的Z值減去塊規(guī)高度后將其輸入到刀具長度補償值中，實現(xiàn)Z向零點的設(shè)定。通常情況下在編寫加工中心加工程序時應(yīng)以工序集中原則進(jìn)行編寫。

五、數(shù)控仿真的應(yīng)用

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。掌握了一定的數(shù)控編程技術(shù)理論基礎(chǔ)后，不進(jìn)行實際操作只在紙上談兵也是不行的。初學(xué)者直接在數(shù)控機床上進(jìn)行操作練習(xí)，難免會因不熟練或誤操作而導(dǎo)致造成機床設(shè)備的損壞。而且對于一個初學(xué)者來講也不可能有較多的實際上機操作練習(xí)的機會。數(shù)控仿真則提供了一個很好的學(xué)習(xí)平臺供學(xué)習(xí)者來進(jìn)行模擬上機操作。初學(xué)者有足夠的時間和機會在數(shù)控仿真軟件進(jìn)行各種數(shù)控機床的操作練習(xí)，并且初學(xué)者可通過仿真來實際感受加工環(huán)境、刀具毛坯的安裝、切削加工過程、觀察各種指令的走刀軌跡。另外數(shù)控仿真同樣可對加工程序進(jìn)行快速精確的校驗，以防止加工時出現(xiàn)干涉碰刀現(xiàn)象。在數(shù)控仿真上進(jìn)行模擬操作幾乎與實際機床上的操作是一樣的，因此它在一定程度上可以達(dá)到佷好的操作練習(xí)的目的。

六、進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)控的必要準(zhǔn)備

前面提到過對于一些比較復(fù)雜的曲面單靠人工進(jìn)行編程往往是比較困難的，運用一些編程軟件進(jìn)行自動編程可很好的解決這一難題。因此要想學(xué)好、學(xué)精數(shù)控編程這一門技術(shù)僅僅學(xué)習(xí)人工編程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還得學(xué)習(xí)一些自動編程的知識，兩者結(jié)合在一起用才行。目前我國應(yīng)用的比較多自動編程軟件有：國產(chǎn)的CAXA、美國的Pro/Engineer、UG CAD/CAM系統(tǒng)、Mastercam、以色列的CIMATRON等軟件，這些自動編程軟件在自動編程過程比較重要的一步是對零件進(jìn)行幾何建模。所以學(xué)習(xí)者在學(xué)好手工編程的基礎(chǔ)上還得學(xué)習(xí)當(dāng)今一些主流編程的基本建模方法和技巧。雖然當(dāng)今的數(shù)控技術(shù)發(fā)展的比較完善各種功能的加工指令也比較齊全。但是隨著產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，這些指令可能滿足不了某些特殊零件的加工要求。而數(shù)控系統(tǒng)為用戶提供了宏程序功能，用戶可根據(jù)自己的加工要求來對數(shù)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行拓展。故學(xué)習(xí)一定的用戶宏程序知識對于今后在數(shù)控行業(yè)的發(fā)展還是很有必要的。

一個優(yōu)秀的數(shù)控編程技術(shù)人員應(yīng)不僅滿足編寫出零件輪廓的加工程序，還應(yīng)做到所編寫的程序加工效率高、工藝性好、工藝參數(shù)選用合理、加工出來的零件合格率高、刀具壽命長、加工過程對機床壽命影響小。另外學(xué)好數(shù)控編程技術(shù)并不僅僅在于一朝一夕的努力刻苦學(xué)習(xí)，必須通過長期堅持不懈的努力鉆研和實際操作經(jīng)驗的積累才能培養(yǎng)出優(yōu)秀的數(shù)控技術(shù)人才。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]彭永中，張永春.數(shù)控技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社