1 引 言

數(shù)控機(jī)床是按照零件加工程序?qū)ぜM(jìn)行加工的。一個(gè)好的加工程序不僅能保證加工出符合要求的工件，還應(yīng)能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能，使其安全、可靠、高效地運(yùn)行。零件加工程序是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，數(shù)控機(jī)床停機(jī)的原因中，有20%～30%是由于編不出加工程序。為了提高數(shù)控機(jī)床的利用率，編程員應(yīng)努力提高編程能力，迅速編制出優(yōu)良的零件加工程序。

2 零件加工程序的評(píng)價(jià)

一個(gè)零件的加工程序決不是唯一的，諸多程序（方案）中，肯定有最優(yōu)的。可否從以下方面評(píng)價(jià)：

（1）保證程序是正確的，零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）程序方便調(diào)試和修改，程序的可讀性好。例如：要改變非圓曲線的逼近步長(zhǎng)或曲面的走刀行距，只需修改某一個(gè)參數(shù)即可，而不必修改整個(gè)程序。

（3）程序的穩(wěn)定性好。當(dāng)刀具半徑變化或零件安裝位置改變，不需改變程序。

（4）充分發(fā)揮系統(tǒng)功能，使程序最短。例如：系統(tǒng)有檢腔宏指令，一條指令可以編出一個(gè)銑腔程序。若棄之不用，改為一刀一刀的描述，則勢(shì)必使程序變得冗長(zhǎng)。

（5）程序的通用性好。若有系列零件，則只需編一種，其余只要修改關(guān)鍵尺寸，程序即可使用。

（6）編程成本低。為編出某一程序，所花的人工費(fèi)用和機(jī)器費(fèi)用要低。當(dāng)然人工成本與編程員的熟練程度有關(guān)，不便量化。但是只需一個(gè)計(jì)算器和一臺(tái)計(jì)算機(jī)輔助編程（CAM）系統(tǒng)，其成本是可比的。

（7）運(yùn)行成本要低。能用三軸機(jī)床，盡量不用四軸機(jī)床；能用四軸機(jī)床加一分度轉(zhuǎn)臺(tái)，盡量不用五軸機(jī)床。例如：在一圓錐內(nèi)面銑曲線槽，可以考慮車削中心，也可以考慮三軸機(jī)床加一旋轉(zhuǎn)軸，錐面用一夾具變角，這樣僅四軸機(jī)床足夠，而不用五軸機(jī)床。

（8）后續(xù)加工成本低。如一模具型腔，用通用球頭刀具整張曲面加工，刀具成本低，編程容易，但下道工序拋光成本高，且不易保證精度。用專用刀具分型面加工，雖然編程和刀具成本高，但拋光成本低，極易保證精度。要權(quán)衡利弊，擇優(yōu)選用。

具體的零件，究竟確定什么樣的加工程序，要根據(jù)實(shí)際情況決定。在實(shí)際編程中要有優(yōu)化意識(shí)，尤其用CAM編制的零件加工程序，由于CAM的后置處理功能比較弱，更應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)
化。

3 CAM編制的零件加工程序的優(yōu)化

由于CAM具有很強(qiáng)的圖形數(shù)學(xué)處理功能，免去了手工編程中繁瑣的數(shù)學(xué)計(jì)算，CAM源程序相對(duì)零件加工程序較短，因此很受歡迎。由于數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床各異， CAM的后置處理，盡管有專用后置或萬(wàn)能后置，但與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)功能相比，仍有相當(dāng)差距。在實(shí)際使用中，若能既充分發(fā)揮CAM的優(yōu)點(diǎn)，又能避免其不足，還能充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能和操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就需要對(duì)CAM編制的零件加工程序進(jìn)行優(yōu)化，使之編出一個(gè)高水準(zhǔn)的零件加工程序。優(yōu)化加工程序建議從以下幾方面考慮。

3.1 發(fā)揮系統(tǒng)刀具半徑補(bǔ)償功能

數(shù)控系統(tǒng)一般都具有刀具半徑補(bǔ)償功能，即以零件輪廓編程，刀具自動(dòng)偏移一個(gè)半徑矢量，刀心軌跡由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算。現(xiàn)以圖1零件為例。

圖1零件加工程序源自某CAM系統(tǒng)。從CAM編的零件程序看（見(jiàn)NC代碼加工程序），其外拐角的刀心軌跡為圍繞尖角的圓弧（相當(dāng)B刀補(bǔ)），數(shù)控系統(tǒng)一般為遠(yuǎn)離尖點(diǎn)的直線轉(zhuǎn)接（C刀補(bǔ)），對(duì)保持尖點(diǎn)有利，CAM編的零件程序包含外拐角的轉(zhuǎn)接程序段，而數(shù)控系統(tǒng)用刀具半徑補(bǔ)償功能自動(dòng)生成轉(zhuǎn)接程序段，零件程序中不出現(xiàn)。這樣，程序段數(shù)量減少，便于閱
讀。

若以輪廓編程，系統(tǒng)用刀具半徑補(bǔ)償功能控制刀心，當(dāng)改變刀具尺寸時(shí)，操作者只需改變刀補(bǔ)值，不必改變程序。

CAM若要生成刀心軌跡沿零件輪廓的加工程序，只需將刀具半徑設(shè)置為零。如果CAM不能生成刀具補(bǔ)償?shù)腉代碼，操作者可將刀補(bǔ)G代碼加入程序中。此時(shí)的零件加工程序，既體現(xiàn)了CAM的數(shù)學(xué)處理的優(yōu)勢(shì)，避免了繁瑣的手工計(jì)算，又體現(xiàn)了帶有刀具半徑補(bǔ)償程序的靈活
性。

自動(dòng)生成的NC代碼加工程序如下：%

OOOOO
（PROGRAM NAME-EX1）
（DATE＝DD―MM―YY―11―04―00 TIME＝HH：MM―15：29）
（12.END_MILL_FLAT TOOL―1 DIA.OFF.―21 LEN.―1 DIA.―12.）
N100G21
N102G0G40G49G80G90
N104T1M6
N106G0G90G55X―6.Y25.S600M3
N108G43H1Z7.M8
N110G1Z―10.F15
N112Y135.
N114G2X0.Y141.I6.
N116G3X19.Y160.J19.
N118G2X25.Y166.I6.
N120G1X75.
N122G2X81.Y160.J―6.
N124G3X100.Y141.I19. N126G2X106.Y135.J―6.
N128G1Y25.
N130G2X100.Y19.I―6.
N132G3X81.Y0.J―19.
N134G2X75.Y―6.I―6.
N136G1X25.
N138G2X19.Y0.J6.
N140G3X0.Y19.I―19.
N142G2X―6.Y25.J6.
N144G0Z1.
N146M5
N148G91G28Z0.M9
N150M30
%

3.2 以圓弧插補(bǔ)功能代替直線逼近

在曲面加工中，CAM一般以直線逼近生成零件加工程序。如果是對(duì)稱形狀，則一般只出第一象限的曲面加工程序，其余象限的加工用系統(tǒng)的鏡象功能解決。就是第一象限的程序有時(shí)也很長(zhǎng)，超過(guò)了系統(tǒng)的內(nèi)存。筆者曾遇到一個(gè)程序超出系統(tǒng)內(nèi)存，若擴(kuò)大內(nèi)存，則需投資4～5萬(wàn)元，而且以后的利用率很低；若分段加工則效率低。曲線是在G18平面內(nèi)，改用圓弧逼近輪廓，程序段數(shù)量大幅下降，內(nèi)存還有剩余。但程序中Z軸需進(jìn)行刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償，操作者要查看系統(tǒng)有否此功能。

3.3 利用系統(tǒng)的簡(jiǎn)化編程功能

系統(tǒng)提供了大量的簡(jiǎn)化編程功能，如固定循環(huán)、刀具補(bǔ)償、輪廓直接編程、比例縮放和鏡象、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、典型形狀（圓周、矩陣）孔位描述計(jì)算、規(guī)則形狀（圓形、矩形）挖腔、不規(guī)則形狀挖腔、帶孤島型挖腔等功能。若CAM的后置處理，能按這些功能處理出零件加工程序，則可大大縮短程序。

例如曲面加工，只編出一個(gè)象限的加工程序，利用系統(tǒng)的鏡象功能加工其余象限，則程序?yàn)樵瓉?lái)的1/4。在鏈輪等重復(fù)形狀的輪廓加工中，用CAM編出一個(gè)形狀的輪廓，其余用旋轉(zhuǎn)功能，程序縮短的更可觀。又如矩形腔的挖腔程序，多刀多層切削程序較長(zhǎng)，若能處理成挖腔宏指令，則只需一段程序便能完成整個(gè)挖腔加工。

3.4 發(fā)揮系統(tǒng)空間刀具半徑補(bǔ)償功能

對(duì)曲面，CAM一般生成刀心直線運(yùn)動(dòng)的加工程序。曲面加工一般用球頭刀，若要改變刀具則必須改變程序，給加工帶來(lái)不便。如果系統(tǒng)有空間三維刀具半徑補(bǔ)償功能，則CAM可以按曲面生成程序，并同時(shí)生成刀心矢量，實(shí)際的刀心位置由系統(tǒng)按刀心矢量計(jì)算。這樣，刀具半徑大小在一定范圍內(nèi)可調(diào)，給加工帶來(lái)方便。

3.5 利用系統(tǒng)的用戶宏程序功能，縮短非圓曲線輪廓、空間曲線甚至曲面的加工程序

以非圓曲線輪廓為例，CAM一般生成直線逼近程序。在加工中，若要改變步長(zhǎng)，則需重新編程而且程序較長(zhǎng)（成百上千段程序）。對(duì)程序正確性的檢驗(yàn)，只能靠圖形顯示或?qū)嶋H切削，變化很不方便。

CAM若能按系統(tǒng)的宏程序格式生成系統(tǒng)的宏程序，加工程序則由系統(tǒng)自動(dòng)生成。筆者遇到一例：輪廓由二段擺線和一段包絡(luò)線組成，先是用CAM編出的程序，又是直線又是圓弧而且很長(zhǎng)，加工程序段約千段。后改用宏程序編程，而宏程序僅幾十段，調(diào)整修改都非常方便。經(jīng)比較，操作者選用了宏程序編輯的程序。而且，當(dāng)產(chǎn)品有幾個(gè)規(guī)格，又做了賦值程序，只需輸入幾個(gè)關(guān)鍵尺寸便可改變尺寸的輸入值。宏程序是通用的，深受操作者歡迎。

3.6 利用子程序功能簡(jiǎn)化編程

用CAM編制子程序加工程序，由數(shù)控系統(tǒng)編制主程序和子程序調(diào)用功能。子程序中有大量的數(shù)值計(jì)算工作量，由CAM來(lái)完成。主程序多調(diào)用指令用手工編程，這樣程序靈活且編程工作量又不大。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控系統(tǒng)的編程功能有基本指令，如輪廓描述的直線與圓弧指令，簡(jiǎn)化指令，固定循環(huán)、刀補(bǔ)功能，比例縮放與鏡象，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)功能，宏指令等，還有用戶宏程序功能。CAM一般按基本指令編制零件加工程序，有的用部分簡(jiǎn)化指令，如固定循環(huán)等，未能充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能。如果使用者能對(duì)CAM 編制的零件加工程序進(jìn)行優(yōu)化，將數(shù)控系統(tǒng)的高級(jí)功能與CAM相結(jié)合，則可編制出優(yōu)良的加工程序。