在零件加工尤其是復合加工中，目前手工編程方式依舊普遍存在。針對比較復雜的零件，手工編程主要是應用宏程序的方式來進行。談到宏程序我們就應該關注歷屆全國數控大賽。全國數控大賽由勞動和社會保障部、教育部、國防科學技術委員會、中華全國總工會、中國機械工業聯合會聯合舉辦，堪稱數控奧林匹克，大賽試題引領著數控應用的高端技術。第三屆全國數控大賽已經于2008年10月在大連圓滿結束，但大賽中的很多東西還值得我們學習探討。圖1是大賽數車實操實體裝配圖：

圖1 第3屆全國數控大賽數控車實體裝配圖

　　由圖一可知本題涉及到了軸、套、盤三類零件，幾何形狀涉及到了非圓弧曲面、V形槽、錐度、直槽等等，這里就不一一列舉。本文著重分析針對非圓弧曲面的傳統手工宏程序編程和應用CAM軟件進行的新型編程方法。

　　1.傳統加工法(宏程序編程法)

　　在這里大家可能會覺得奇怪，宏程序編程怎么會叫傳統呢，同行人都知道宏程序在數控加工編程中是最困難的一種編程方法，因為它涉及到了C語言知識、加工工藝知識、實操經驗等，可以說它是一種勞動密集型和智慧密集型的結晶。但這里我還是稱它為傳統，因為宏程序是你不借助任何輔助 CAM 軟件，直接手工編制出宏程序就可以將零件加工到尺寸要求。圖二為零件加工特征尺寸。

　　圖2 零件加工特征尺寸

　　1.1 雙曲線特征編程

　　宏程序為：

　　G0X100.0 Z1.0;(快速定位到待加工點，對刀時加工雙曲線的35度外圓尖刀以雙曲線右端X值為63.886處對Z向為零點)

　　G1X63.886F0.1;

　　#101=12.075;(定義曲線方程的Z值)

　　N100#102=-9*SQRT[1+#101*#101/56.25]+49;(定義曲線方程的X值)

　　#103=#101-12.075;(定義加工中工件坐標系的Z值變化)

　　#104=#102*2.0;(定義加工中工件坐標系的X值變化)

　　G1X#104Z#103F0.1;(通過走直線的方式來逼近非圓弧曲線)

　　#101=#101-0.1;(加工時Z向步距為0.1)

　　IF[#101GE-12.075]GOTO100;(如果沒有加工到雙曲線的Z終點12.075處，就跳轉到N100處，繼續加工，直到加工完畢為止)

　　G1X100.0Z1.0;(退刀)

　　G0X200.0Z100.0;(回安全點)

　　M1;(程序單段停止)

　　我這里所編的宏程序在現實加工中根據工藝的安排順序有兩種用法：

　　1)用35度或55度外圓車刀直接加工，可以直接用G73或G71調用宏程序;

　　2)不用G71或G73調用，直接用宏程序加工，但這樣必須在用宏程序加工之前，用外切槽刀對雙曲線進行粗加工，粗加工時可以先切槽，在用外圓刀走R14.5的始末兩點圓弧，最后用宏程序加工雙曲線。

　　1.2 圓弧面上的圓弧螺旋槽

　　該螺旋槽走勢為一條導程為8mm的螺紋線，但它不是螺紋，而是一個R3的圓弧順著螺紋線纏繞于圓弧面上的一條特殊的螺旋弧槽。

　　宏程序為：

　　#1=1.(刀寬)

　　#3=81.(大經)

　　#4=10.(起點Z)

　　#5=0(起始層次)

　　#2=[8.-#1]-[0.072*#5](Z向加工寬度)

　　N10#6=#4-[#5*0.036](Z軸偏移)

　　#3=81.-[#5*0.2](X軸偏移)

　　N 20G 0X90.Z#6.

　　G0X#3

　　G32Z-10.F8.0(導程8mm)

　　G0X90.

　　Z#6

　　#6=#6-0.2(每一層中Z軸偏移量減刀寬尺寸)

　　#2=#2-0.2(每一層中Z向終點判別)

　　IF[#2GT0]GOTO20

　　#6=#4-[8-#1]+[0.036*#5](每一層中Z軸最終尺寸)

　　G0X90.Z#6.

　　G0X#3

　　G32Z-10.F8.0

　　G0X90.Z#6

　　#5=#5+1.(層次加1)

　　#2=[8.0-#1]-[0.072*#5](下一層加工寬度Z向)

　　IF[#2GT3.0]GOTO10(終點判別)

　　G0X100.

　　Z0.

　　M1

　　宏程序中用到了幾個公共變量，按常理說公共變量不會影響到數控機床系統內部設定的系統變量，但我們應該根據現場情況靈活處理，比如說雙通道的數控機床(哈挺QTT65、DMG Twin42等)可能單獨運行宏程序模塊時會產生報警，因為宏程序變量和系統內部變量發生沖突，這時我們可以做以下更改：打開機床面板-手輪調到編輯模式-可寫入打開(把WRITE參數0改為1)-搜索到參數6000-把6000下排的第五位參數改為1;假如我們的機床是單通道的可以無需任何更改直接運行。

　　2.GibbsCAM 軟件編程方法

　　GibbsCAM是Cimatron公司旗下的一款面向零件加工，尤其是車銑復合領域的CAM加工方案，其最大的特點是界面簡潔，易學易用，操作模式和我們的工藝習慣非常一致。

　　2.1 雙曲線特征編程

　　借助GibbsCAM加工這種非圓弧曲面會讓加工變得輕松簡單。軟件自動提取出車加工所用輪廓，并應用加工標記，定義想要加工區域的起始點和終止點即可。見圖2所示。注意圖三采用的是下刀塔刀具加工(哈挺TT65雙刀塔機床)，所以雖然選擇加工對象為X正向，但由它生成的切削軌跡會自動對用到X負向，以適應下刀塔刀具的加工。

　圖3 GibbsCAM切槽粗加工

　　粗加工-選擇寬為3mm的切槽刀，工程序由計算機自動生成，轉速S1200、進給量F0.1，加工時間為34秒。

　　G0G 99Z -48.31M264

　　X85.

　　G1X68.303F.05

　　G0X85.

　　Z-50.31

　　G1X58.1F.1

　　G0X85.

　　Z-53.23

　　G1X 58.1

　　G0X85.

　　G0G99Z-87.506M8

　　G1X63.986F .05

　　G0X85.

　　Z-90.341

　　G1X63.986F .1

　　G0X85.

　　Z-93.175

　　G1X 63.986

　　G0X85.

　　Z-95.8

　　G1X 67.488

　　G0X85.

　　Z-98.424

　　G1X70.991

　　G0X85.

　　Z-101.049

　　G1X74.493

　　G0X85.

　　Z-103.673

　　G1X77.995

　　G0X85.

　　Z-106.298

　　G1X81.498

　　G0X85.

　　G97S 2000

　　G0G99Z-87.456M8

　　G1X85.004F .04

　　X63.886

　　Z-93.225

　　X86.528Z -110.192

　　G0X85.

　　M9

　　M5

　　M98P1(回安全換刀點)

　　M1

　　精加工采用3mm切槽刀，轉速S1800、進給量F0.04，加工時間為31秒。具體NC代碼忽略。

　　2.2 螺旋圓弧槽加工法

　　用GibbsCAM軟件編程只需控制一條線段就可以編出想要的螺旋槽走刀軌跡，如圖四所示：

　　圖4 GibbsCAM纏繞加工螺旋圓弧槽

　　此處應用GibbsCAM軟件體現出極大的優越性。只需在YZ面上取一條螺旋線的展開圖，然后針對此平面上的直線進行最簡單的 2.5 軸編程，并對應應用GibbsCAM纏繞加工(Rotary Milling)就可以生成預期的加工軌跡(圖中紅線)。有人可能會質疑說由 CAM軟件生成的G代碼都比較長，而如果機床內存太小，帶來加工的不便。然而恰恰相反，針對此螺旋圓弧槽，下面是GibbsCAM 生成的加工G代碼：

　　G0G 98Y0.Z-55.474

　　X85.

　　M5

　　M23

　　G19

　　M51S2500

　　C-115.607

　　X84.

　　G1X76.F100.

　　X82.567 -86.695C1317.03F111.004

　　G0X84.

　　X85.

　　M16

　　M9

　　M55

　　M98P 1

　　M1

　　加工參數 S2500，進給量由軟件計算生成，比如說你給F80的進給量，軟件通過計算最后輸出F111.004的進給量，因為該螺旋槽不是普通螺旋槽(公司的很多零件外殼面上的三條螺旋槽)，此處的螺旋槽是一個半徑為3mm的圓弧順著一條導程為8mm的螺紋線纏繞在半徑100mm的圓弧面上而組成的螺旋弧槽，比如當加工螺紋時，只給出主軸轉速，進給量由數控機床里的脈沖編碼器通過對螺距和轉速的編譯而控制，所以此處加工螺旋弧槽進給量是由軟件計算得出，加工時間為12分44秒。

　　3.結語

　　本文通過針對第三屆全國數控大賽的一道試題，講解了如何應用手工宏程序編制方法，以及應用CAM軟件的智能編程方法。兩種情況都在現實加工中普遍存在。但隨著企業信息化技術的提升，CAM軟件作為數控高效加工的一個平臺，結合自身情況有效的利用它，可以極大的簡化編程難度，提高生產效率。近些年在銑削加工包括五軸銑削方面的 CAM 技術應用越來越成熟，但在復合加工方面，目前還是手工編程居多。希望本文對此領域的加工技術感興趣的朋友有所裨益。