论文部分内容阅读
针对复杂零件的数控加工，本文将手工编程与复合循环组合式编程方法的加工效果进行对比分析，结果显示复合循环组合式编程方法更有效，加工效率更高。
一、引言
数控机床的种类很多，按照不同数控系统和加工联动轴数可以分2轴、3 轴、4轴和5轴等一系列数控机床，这些数控机床都是靠程序来进行走刀轨迹的控制，所以数控机床对操作人员的编程要求非常高。一个零件的加工质量往往取决于该零件的加工程序和加工刀具，这就需要我们在平时的数控加工过程中不断积累和总结编程技巧，来满足数控加工的高效率高精度的发展趋势。
二、数控自动编程简介
进入21世纪，数控技术的发展突飞猛进，编程技术作为数控领域的一个庞大分支，同样获得了飞速发展。目前，在市场上的软件功能越来越强大，并引领了数控自动编程潮流，其影响力之广，水平之高，使广大数控爱好者和从业人员趋之若鹜，但是自动编程只能适应于既定类型（尺寸）的刀具，如果刀具类型（尺寸）发生变化，我们又需要重新编制程序。
自动编程获得加工程序其实是对软件应用熟练程度和对工艺知识了解水平过程的体现，至于该程序得以获得的数学本质，自动编程人员并不需要知道，这对编程人员而言，缺少了对数控加工刀具轨迹生成过程的理论了解。
三、宏程序
宏程序属于手工编程，是手工编程的高级阶段。一个高级的数控编程人员必须掌握宏程序，因为宏程序具有无与伦比的优势。宏程序对零件的柔性堪称完美，对自动编程和常量式手工编程获得的程序，我们无法做到让它们适应同类但不同尺寸零件的加工，只要加工对象形状或工艺尺寸发生变化，必须要重新编程，而宏程序却可以适应这种变化。操作者所做的仅仅是更改宏程序中的相关变量值而已。也只有宏程序才是目前各类编程方法中，将数学本质和加工工艺完美结合起来的一种编程方式，其独特的优势成为高水平编程人员的最爱。
四、复合循环指令编程简介
华中世纪星HNC—21系统内外径粗车复合循环指令（G71）简化格式及参数含义如下。
（1）无凹槽加工。
格式：G71 U（△d） R（r） P（ns） Q（nf） X（△x） Z（△z） F（f） S（s） T（t）
（2）有凹槽加工。
格式：G71 U（△d） R（r） P（ns） Q（nf） E（e） F（f） S（s） T（t）
其中，△d ：X 方向切削深度（每次切削量），半径量。r ：每次退刀量。n s ：精加工路径起始程序段顺序号。nf：精加工路径结束程序段顺序号。△x：X方向精加工余量。△z：Z方向精加工余量。f：粗加工时的进给速度。s：粗加工时的主轴转速。t：粗加工时的刀具功能。e：精加工余量，其为X方向的等高距离——外径切削时为正，内径切削时为负。华中系统中G71不分粗、精车。在此系统中，粗车完毕后就执行精车程序。
华中系统的G71指令可以代替FANUC系统的G73指令，也就是说可以进行带有凹槽和凹曲面的复杂零件的加工，所以在编程的时候，还是需要根据操作者对加工零件的不同，合理选择相应的数控系统和编程方法来进行数控加工。
五、手工编程
手工编程分为常量式编程和变量式编程（宏程序编程），手工编程的时候会碰到形状非常复杂的零件，需要花费大量的时间去计算节点和宏运算，效率和精度很低。但是宏程序却迫使编程人员必须掌握加工对象的数学基础，结合工艺，将相关算法编入其中实现加工，看起来好像工作量繁重，但与收获相比，这种付出是值得的。
手工编程实例：此次加工的工件有椭圆和抛物线，我们使用华中世纪星HNC—21T系统的G71指令进行手工编程，工件如图1所示。
手工编程的代码如下。
六、组合式编程方法的应用
针对复合循环指令的编程特点不难发现，复合循环所调用的只是需要加工的程序段，也就是轮廓编写的程序段，即精加工程序段，然后利用复合循环指令的循环加工过程去除大量的毛坯，如果直接利用自动编程软件生成程序，需要粗加工、精加工和后置处理等一系列步骤，最后生成的程序很长，不容易修改，加工路径不灵活，可能会有很多空行程，不利于提高加工效率。
针对这一特点，我们通过反复编程加工实验，总结出一套把自动编程和复合循环指令相结合的“组合式”编程方法来简化编程。
方法如下：利用CAXA数控车2011进行自动编程的时候，把自动编程过程中的粗加工阶段去除，直接编写精加工程序和精加工的后置处理参数，然后将精加工自动生成程序段放入G71程序段之间进行循环走刀，既达到了粗加工的目的，又保证了精加工的精度控制，很好地避免了自动编程的这一缺点，大大提高了加工效率和编程速度，实现高精度高效率的产品加工。
根据图1我们充分了解了加工零件的信息，考虑到其有椭圆和抛物线，可以应用自动编程自动生成轨迹，按照组合编程原理，只需生成一个精加工的轨迹，然后选择其中对加工有用的G代码和复合循环指令进行组合编程。又因其有凹槽，可以用华中世纪星HNC—21T系统G71进行组合编程。
设置好华中世纪星HNC—21T系统数控车后置参数后，自动生成的代码如下。
（1）左侧轮廓程序。
只是生成了精加工的程序就如此长，加上粗加工程序将非常麻烦，而粗加工的目的是去除大量毛坯，之后才进行精加工，因此无需自动编程的粗加工程序段，直接提取程序段N1～N2之间的程序，这样省掉了自动编程的粗加工阶段。我们发现，自动编程的精加工程序已经将抛物线和椭圆分成很多段圆弧进行连接，在整个生成代码的过程中无需任何计算，非常方便。利用华中世纪星HNC—21T系统对G71指令进行组合编程，程序如下。
七、手工编程和“组合式”编程方法加工效果对比
手工编程速度慢，适应性不好，但是加工后表面粗糙度好、无刀痕且精度高。而运用组合式编程加工，通过实践验证，与手工编程相比几乎缩短了一半的加工时间，且精度高。但组合式编程表面粗糙度似乎要比手工编程稍微逊色一些，具体如图2、图3所示。
八、结语
根据手工编程及组合编程实例，我们发现利用复合循环指令结合自动编程技巧，可以把自动编程的粗加工阶段删除，利用复合循环指令的功能，在一个程序段中就可以非常容易地完成粗加工和精加工的转换和调用操作，也确保了加工效率和生产精度，大大简化了程序段和编程所需要的时间，可以说通过组合式编程的方法确实解决了自动编程和手动编程存在的一些缺陷，在今后的实验中我们要不断创新，研究更适合当今高速高精度高效率的绿色制造的编程方式和方法。
一、引言
数控机床的种类很多，按照不同数控系统和加工联动轴数可以分2轴、3 轴、4轴和5轴等一系列数控机床，这些数控机床都是靠程序来进行走刀轨迹的控制，所以数控机床对操作人员的编程要求非常高。一个零件的加工质量往往取决于该零件的加工程序和加工刀具，这就需要我们在平时的数控加工过程中不断积累和总结编程技巧，来满足数控加工的高效率高精度的发展趋势。
二、数控自动编程简介
进入21世纪，数控技术的发展突飞猛进，编程技术作为数控领域的一个庞大分支，同样获得了飞速发展。目前，在市场上的软件功能越来越强大，并引领了数控自动编程潮流，其影响力之广，水平之高，使广大数控爱好者和从业人员趋之若鹜，但是自动编程只能适应于既定类型（尺寸）的刀具，如果刀具类型（尺寸）发生变化，我们又需要重新编制程序。
自动编程获得加工程序其实是对软件应用熟练程度和对工艺知识了解水平过程的体现，至于该程序得以获得的数学本质，自动编程人员并不需要知道，这对编程人员而言，缺少了对数控加工刀具轨迹生成过程的理论了解。
三、宏程序
宏程序属于手工编程，是手工编程的高级阶段。一个高级的数控编程人员必须掌握宏程序，因为宏程序具有无与伦比的优势。宏程序对零件的柔性堪称完美，对自动编程和常量式手工编程获得的程序，我们无法做到让它们适应同类但不同尺寸零件的加工，只要加工对象形状或工艺尺寸发生变化，必须要重新编程，而宏程序却可以适应这种变化。操作者所做的仅仅是更改宏程序中的相关变量值而已。也只有宏程序才是目前各类编程方法中，将数学本质和加工工艺完美结合起来的一种编程方式，其独特的优势成为高水平编程人员的最爱。
四、复合循环指令编程简介
华中世纪星HNC—21系统内外径粗车复合循环指令（G71）简化格式及参数含义如下。
（1）无凹槽加工。
格式：G71 U（△d） R（r） P（ns） Q（nf） X（△x） Z（△z） F（f） S（s） T（t）
（2）有凹槽加工。
格式：G71 U（△d） R（r） P（ns） Q（nf） E（e） F（f） S（s） T（t）
其中，△d ：X 方向切削深度（每次切削量），半径量。r ：每次退刀量。n s ：精加工路径起始程序段顺序号。nf：精加工路径结束程序段顺序号。△x：X方向精加工余量。△z：Z方向精加工余量。f：粗加工时的进给速度。s：粗加工时的主轴转速。t：粗加工时的刀具功能。e：精加工余量，其为X方向的等高距离——外径切削时为正，内径切削时为负。华中系统中G71不分粗、精车。在此系统中，粗车完毕后就执行精车程序。
华中系统的G71指令可以代替FANUC系统的G73指令，也就是说可以进行带有凹槽和凹曲面的复杂零件的加工，所以在编程的时候，还是需要根据操作者对加工零件的不同，合理选择相应的数控系统和编程方法来进行数控加工。
五、手工编程
手工编程分为常量式编程和变量式编程（宏程序编程），手工编程的时候会碰到形状非常复杂的零件，需要花费大量的时间去计算节点和宏运算，效率和精度很低。但是宏程序却迫使编程人员必须掌握加工对象的数学基础，结合工艺，将相关算法编入其中实现加工，看起来好像工作量繁重，但与收获相比，这种付出是值得的。
手工编程实例：此次加工的工件有椭圆和抛物线，我们使用华中世纪星HNC—21T系统的G71指令进行手工编程，工件如图1所示。
手工编程的代码如下。
六、组合式编程方法的应用
针对复合循环指令的编程特点不难发现，复合循环所调用的只是需要加工的程序段，也就是轮廓编写的程序段，即精加工程序段，然后利用复合循环指令的循环加工过程去除大量的毛坯，如果直接利用自动编程软件生成程序，需要粗加工、精加工和后置处理等一系列步骤，最后生成的程序很长，不容易修改，加工路径不灵活，可能会有很多空行程，不利于提高加工效率。
针对这一特点，我们通过反复编程加工实验，总结出一套把自动编程和复合循环指令相结合的“组合式”编程方法来简化编程。
方法如下：利用CAXA数控车2011进行自动编程的时候，把自动编程过程中的粗加工阶段去除，直接编写精加工程序和精加工的后置处理参数，然后将精加工自动生成程序段放入G71程序段之间进行循环走刀，既达到了粗加工的目的，又保证了精加工的精度控制，很好地避免了自动编程的这一缺点，大大提高了加工效率和编程速度，实现高精度高效率的产品加工。
根据图1我们充分了解了加工零件的信息，考虑到其有椭圆和抛物线，可以应用自动编程自动生成轨迹，按照组合编程原理，只需生成一个精加工的轨迹，然后选择其中对加工有用的G代码和复合循环指令进行组合编程。又因其有凹槽，可以用华中世纪星HNC—21T系统G71进行组合编程。
设置好华中世纪星HNC—21T系统数控车后置参数后，自动生成的代码如下。
（1）左侧轮廓程序。
只是生成了精加工的程序就如此长，加上粗加工程序将非常麻烦，而粗加工的目的是去除大量毛坯，之后才进行精加工，因此无需自动编程的粗加工程序段，直接提取程序段N1～N2之间的程序，这样省掉了自动编程的粗加工阶段。我们发现，自动编程的精加工程序已经将抛物线和椭圆分成很多段圆弧进行连接，在整个生成代码的过程中无需任何计算，非常方便。利用华中世纪星HNC—21T系统对G71指令进行组合编程，程序如下。
七、手工编程和“组合式”编程方法加工效果对比
手工编程速度慢，适应性不好，但是加工后表面粗糙度好、无刀痕且精度高。而运用组合式编程加工，通过实践验证，与手工编程相比几乎缩短了一半的加工时间，且精度高。但组合式编程表面粗糙度似乎要比手工编程稍微逊色一些，具体如图2、图3所示。
八、结语
根据手工编程及组合编程实例，我们发现利用复合循环指令结合自动编程技巧，可以把自动编程的粗加工阶段删除，利用复合循环指令的功能，在一个程序段中就可以非常容易地完成粗加工和精加工的转换和调用操作，也确保了加工效率和生产精度，大大简化了程序段和编程所需要的时间，可以说通过组合式编程的方法确实解决了自动编程和手动编程存在的一些缺陷，在今后的实验中我们要不断创新，研究更适合当今高速高精度高效率的绿色制造的编程方式和方法。