1.6　编程方法及步骤介绍

1.6.1　编程的目的

编制数控加工程序时，要把加工零件的工艺过程、运动轨迹、工艺参数和辅助操作等信息，按一定的文字和格式记录在程序载体上，通过输入装置，将控制信息输入到数控系统中，使数控机床进行自动加工。从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程，称为零件加工程序的编制，以后也简称为编程。简而言之，就是为了驱动数控铣床把零件加工出来。

1.6.2　编程的方法

数控加工的编程方法主要有手工编程和自动编程两类。

（1）手工编程

编制程序的过程，即从分析零件图样、制订工艺路线及选用工艺参数、进行数值计算等都由人工完成，这种编程方法称为手工编程。对于点位加工或几何形状简单的零件，不需要经过复杂的计算，程序段不多，此时使用手工编程方法较为合适。但对于形状复杂、工序较长的零件，需要进行烦琐的计算，程序段很多，出错也难于校核，此时应尽可能采用自动编程。

（2）自动编程

自动编程时，程序员根据零件图样和工艺要求，使用有关CAD/CAM软件（包括Master CAM、Cimatron、Pro/ENGINEER、UG、CATIA、I-DEAS、Solid Works、CAXA软件工程师等），先利用CAD功能模块进行造型，然后利用CAM模块产生刀具路径，进而再用后置处理程序产生NC代码（与手工编程一样的数控程序），这样就可以通过DNC传输软件，传给数控机床，实现边传边加工。由此可见，自动编程与手工编程比较，具有编程时间短、可减轻编程人员劳动强度、出错机会少、编程效率高等优点。

1.6.3　常用的自动编程软件介绍

（1）UG

UG是美国通用汽车公司的EDS（Electronic Data Systems）公司产品。美国通用汽车公司（General Motors）排名全球制造业第一，共有60万名雇员，年营业额1200亿美元，居美国工业三大支柱之一的汽车行业榜首。EDS（Electronic Data Systems）电子资讯系统有限公司是GM的全资子公司，起始负责通用汽车公司内部电子数据处理、交换、网络系统、实施系统集成。继而发展到制造业、银行、保险、计算机应用领域，是全世界最大的软件公司，位居IT（Information Technology）榜首。UNIGRAPHICS（简称UG）起源于麦道飞机公司，以CAD/CAM一体化而著称，可以支持不同的硬件平台。UG于1991年11月并入美国通用汽车公司EDS，使得UG用户可以享受美国工业的心脏和灵魂——航空、航天及汽车工业的专业经验。该软件以世界一流的集成化设计、工程及制造系统广泛地应用于通用机械、模具、汽车及航空等领域。UG软件的主要CAM功能如下。

① Machinery产品特征。表面磨削、模拟和碰撞检查；多层粗加工、轮廓加工和精加工；钻孔、螺纹铣削、车削、钣金加工；后处理器生成器等。

② 模具加工应用。Z轴水平切削；区域铣削处理器；清根切削处理器；高速加工等。

③ Die/Mold Machining产品特征。表面铣；2D轮廓加工或3D轮廓加工；Z轴水平粗加工和精加工；实体和表面轮廓加工；分层清根加工；内置后处理器；高速加工；三坐标轴NURBS插补。

（2）Pro/ENGINEER

Pro/ENGINEER软件是美国PTC公司的产品，Pro/ENGINEER是唯一的一整套机械设计自动化软件产品，它以参数化和基于特征建模的技术，提供给工程师一个革命性的方法去实现机械设计自动化。Pro/ENGINEER是由一个产品系列组成的，它是专门应用于机械产品从设计到制造全过程的产品系列。Pro/ENGINEER产品系列的参数化和基于特征建模的能力给工程师提供了比以前更容易和灵活的环境。另外，Pro/ENGINEER的唯一的数据结构提供了所有工程项目之间的集成，使整个产品从设计到制造紧密地联系在一起，这样，能使工程人员并行地开发和制造它的产品，可以很容易地评价多个设计的选择，从而使产品达到最好的设计、最快的生产和最低的造价。PTC的市场策略是强调技术领先、优越的性能价格比、世界范围的分布和彻底的用户服务。其主要CAM功能有：提供车削加工，2～5轴铣削加工、电火花线切割、激光切割等功能。加工模块能自动识别工件毛坯和成品的特征。当特征发生修改时，系统能自动修改加工轨迹。

（3）Master CAM

美国CNC Software公司的Master CAM软件是在微机档次上开发的，在使用线框造型方面较有代表性，而且，它又是侧重于数控加工方面的软件，这样的软件在数控加工领域内占重要地位，有较高的推广价值。Master CAM的主要功能有：2维、3维图形设计、编辑；3维复杂曲面设计；自动尺寸标注、修改；各种外设驱动；5种字体的字符输入；可直接调用Auto CAD、CADKEY、SURFCAM、UNIMOD等；设有多种零件库、图形库、刀具库；2～5轴数控铣削加工；车削数控加工；线切割数控加工；钣金、冲压数控加工；加工时间预估和切削路径显示，过切检测及消除；可直接连接300多种数控机床。该软件的主要CAM功能有以下几种。

① 2D外形铣削挖槽和钻孔，2D挖槽残料加工，实体刀具模拟。

② 2D～5D单一曲面粗加工、精加工、沿面加工、投影加工。

③ 2D～5D直纹曲面、扫描曲面、旋转曲面加工。

④ 3D多重曲面粗加工、精加工。

⑤ 3D固定Z轴插削加工。

⑥ 3D沿面夹角清角加工。

⑦ 3D多曲面沿面切削等。

（4）Cimatron

Cimatron是以色列Cimatron公司开发的CAD/CAE/CAM全功能、高度集成的软件系统。该公司是以色列Clal Conterand Technology集团公司的一个分公司。其背景是以色列航空公司的CAD/CAE/CAM技术，该公司成立于1982年，1986年产品开始进入场，于1989年公布Cimatron90系统的微机版本，其功能和工作站版本完全相同。到1994年初开发出具有参数化设计和变量几何设计功能的实体造型模块之后，完成了系统的全功能的开发。它目前的基本功能和当代知名软件相比，可以说是各有千秋。而在系统的开销小、好学好用、具有某些重要功能以及有微机版本等方面还有其独到之处。其主要CAM功能如下。

① 型芯和型腔设计。能迅速将实体及曲面模型分离成型芯、型腔、滑块、嵌件；自动生成分模线并自动建立分模面。

② 模架库设计。自动模架库设计支持国际流行的所有模架标准，也支持用户自定义的模架标准；在相关的数据库中支持主要工业标准；开放的系统标准可以在已存在的系列内增加用户自己定义的组件；MoldBase3D可处理曲面和实体几何模型间的缝隙。

③ 数控加工。在CAM环境下可修正实体及曲面模型；2～5轴轮廓铣削；3～5轴面向实体与曲面模型的粗加工、半精加工和精加工；为通用的零件加工提供预定义的加工模板和加工方法；全面的干涉检查；仿真和校验模拟加工的过程；高速铣削功能；支持NURBS插补功能。

（5）CAXA制造工程师

CAXA制造工程师是由北航海尔软件有限公司开发的全中文CAD/CAM软件。其主要CAM功能如下。

① 2～5轴铣削加工，提供轮廓、区域、3轴、4轴和5轴加工功能。

② 支持车削加工，具有轮廓粗车、精车、切槽、钻中心孔、车螺纹等功能。可以用参数修改功能对轨迹的各种参数进行修改，以生成新的加工轨迹。

③ 支持线切割加工，具有快、慢走丝切割功能，可输出3B或G代码的后置格式。

1.6.4　编程的内容和步骤

以手工编程为例来说明编程的内容和步骤。

（1）分析零件图样

通过对零件的材料、形状、尺寸和精度、表面质量、毛坯情况和热处理等要求进行分析，确定该零件是否适合于在数控铣床上加工。

（2）确定工艺过程

在分析零件图样的基础上，确定零件的加工工艺（如决定定位方式、选用工夹具等）和加工路线（如确定对刀点、走刀路线等），并确定加工余量、切削用量（如切削宽度、进给速度、主轴转速等）。在数控铣削中心上加工零件时，工序十分集中，往往在一次装夹中就能完成全部工序。在确定工艺过程时要注意充分发挥数控铣削中心的性能，进行高效率加工。

（3）数值计算

根据零件图样和走刀路线计算刀具中心运动轨迹。对于外形较复杂的零件，要充分利用数控铣削中心的插补功能和刀具补偿功能来简化计算。对于列表曲线、自由曲面等程序编制，数学处理复杂，需要借助计算机使用专门软件进行计算。

（4）编写加工程序

根据工艺过程、数值计算结果以及辅助操作要求，按照数控系统规定的程序指令及格式编写出加工程序。

（5）把加工程序输入数控系统

把编写好的程序，输入到数控系统中，具体输入方法有以下两种。

① 在数控铣床操作面板上进行手工输入。

② 利用DNC（数据传输）功能，先把程序录入计算机，再由专用的CNC传输软件，把加工程序输入数控系统，然后调出执行。如果程序太长，就采用边传边加工的方法。

（6）首件试切

在开始切削前必须先对程序进行校验，确定没有错误后，才能进行首件试切。常用的校验方法有以下三种。

① 利用空运行进行校验，该方法只能校验程序格式、代码是否正确，校验不出加工轨迹是否正确。

② 利用数控系统在操作面板的屏幕上显示图形，检查刀具运动轨迹是否正确，以及刀具与夹头、尾座等是否相撞。

③ 用其他材料（木材、尼龙、塑料）来代替毛坯，进行试切，确定程序和工件加工轨迹无误后进入正式首件试切阶段。检查完毕后，可进行首件试切。只有首件通过检验，符合零件的质量要求后，才可认为数控加工程序无误，并正式投入生产使用。

1.6.5　图形的数学处理

对零件图进行数学处理是编程前的主要准备工作之一，而且即便采用计算机进行自动编程，也经常需要先对工件的轮廓图形进行数学预处理，这样才能对有关几何元素进行定义。图形的数学处理一般包括两个方面：一方面根据零件图给出的形状、尺寸和公差等，直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等）计算出编程时所需要的有关节点或基点坐标值，例如圆弧插补所需要的圆弧圆心相对于起点的坐标增量I、J、K；另一方面是按照零件图给出的条件还不能直接计算出编程时所需要的节点坐标值，也不能按照零件图给出的条件直接进行工件轮廓几何元素的定义进行自动编程，那么就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学预处理或改动，这样才可进行节点的坐标计算和进行正常的编程工作。可以采用以下两种方法求出具体数值。

① 手工数值处理利用代数、三角函数、几何与解析几何等数学工具，再加上计算器等求出具体数值。例如图1-15中的各点坐标值计算如下。

A[-10×cos（30°），30+10×sin（30°）]=A（-8.66，35）。

B[10×cos（30°），30+10×sin（30°）]=B（8.66，35）。

C[30×cos（30°）+10×cos（30°），-30×sin（30°）+10×sin（30°）]=C（34.641，-10）。

D[30×cos（30°），-30×sin（30°）-10]=D（25.981，-25）。

E[-30×cos（30°），-30×sin（30°）-10]=E（-25.981，-25）。

F[-30×cos（30°）-10×cos（30°），-30×sin（30°）+10×sin（30°）]=F（-34.641，-10）。

② 利用Auto CAD等CAD软件来求具体坐标数值，如图1-16所示，先画出图形来，再利用尺寸标注，把每一个节点相对于工件坐标系原点的坐标标注出来，即可以得到节点的具体坐标值。对于图1-15所示的零件图，可以用Auto CAD软件来进行坐标值计算，根据图中的尺寸标注可以得出图中各点的坐标值如下：A（-8.66，35）；B（8.66，35）；C（34.641，-10）；D（25.981，-25）；E（-25.981，-25）；F（-34.641，-10）。这里指的是用手工编程的方法进行数值计算，如果采用自动编程，就不必这样了。