论文23高级数控编程 duzuofei 文档

在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。

特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。

但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。

在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

本文将从高级数控编程中应用最广泛的手工编程、自动编程及Master CAP后处理这三个方面对数控编程作简单的概述。

一、手工编程
下面介绍一般数控编程顺序图并作部分简单叙述：
1．分析零件图样和工艺要求
分析零件图样和工艺要求的目的，是为了确定加工方法、制定加工计划，以及确认与生产组织有关的问题，此步骤的内容包括：
1）确定该零件应安排在哪类或哪台机床上进行加工。

2）采用何种装夹具或何种装卡位方法。

3）确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工。

4）确定加工路线，即选择对刀点、程序起点（又称加工起点，加工起点常与对刀点重合）、走刀路线、程序终点（程序终点常与程序起点重合）。

5）确定切削深度和宽度、进给速度、主轴转速等切削参数。

6）确定加工过程中是否需要提供冷却液、是否需要换刀、何时换刀等。

2．数值计算
根据零件图样几何尺寸，计算零件轮廓数据，或根据零件图样和走刀路线，计算刀具中心（或刀尖）运行轨迹数据。

数值计算的最终目的是为了获得编程所需要的所有相关位置坐标数据。

3．编写加工程序单
在完成上述两个步骤之后，即可根据已确定的加工方案（或计划）及数值计算获得的数据，按照数控系统要求的程序格式和代码格式编写加工程序等。

编程者除应了解所用数控机床及系统的功能、熟悉程序指令外，还应具备与机械加工有关的工艺知识，才能编制出正确、实用的加工程序。

4．制作控制介质，输入程序信息
程序单完成后，编程者或机床操作者可以通过CNC机床的操作面板，在EDIT方式下直接将程序信息键入CNC系统程序存储器中；也可以根据CNC系统输入、输出装置的不同，先将程序单的程序制作成或转移至某种控制介质上。

控制介质大多采用穿孔带，也可以是磁带、磁盘等信息载体，利用穿孔带阅读机或磁带机、磁盘驱动器等输入（输出）装置，可将控制介质上的程序信息输入到CNC系统程序存储器中。

5．程序检验
编制好的程序，在正式用于生产加工前，必须进行程序运行检查。

在某些情况下，还需做零件试加工检查。

根据检查结果，对程序进行修改和调整，检查修改再检查再修改……这往往要经过多次反复，直到获得完全满足加工要求的程序为止。

上述编程步骤中的各项工作，主要由人工完成，这样的编程方式即为“手式编程”。

在各机械制造行业中，均有大量仅由直线、圆弧等几何元素构成的形状并不复杂的零件需要加工。

这些零件的数值计算较为简单，程序段数不多，程序检验也容易实现，因而可采用手工编程方式完成编程工作。

由于手工编程不需要特别配置专门的编程设备，不同文化程度的人均可掌握和运用，因此在国内外，手工编程仍然是一种运用十分普遍的编程方法。

二、自动编程
在航空、船舶、兵器、汽车、模具等制造业中，经常会有一些具有复杂形面的零件需要加工，有的零件形状虽不复杂，但加工程序很长。

这些零件的数值计算、程序编写、程序校验相当复杂繁琐，工作量很大，采用手工编程是难以完成的。

此时，应采用装有编程系统软件的计算机或专用编程机珲完成这些零件的编程工作。

数控机床的程序编制由计算机完成的过程，称为自动编程。

在进行自动编程时，程序员所要做的工作是根据图样和工艺要求，使用规定的编程语言，编写零件加工源程序，并将其输入编程机，编程机自动对输入的信息进行处理，即可以自动计算刀具中心运动轨迹、自动编辑零件加工程序并自动制作穿孔带等。

由于编程机多带有显示器，可自动绘出零件图形和刀具运动轨迹，程序员可检查程序是否正确，必要时可及时修改。

采用自动编程方式可极大地减少编程者的工作量，大大提高编程效率，而且可以解决用手工编程无法解决的复杂零件的编程难题
一.自动编程的基本工作原理
交互式图形自动编程系统采用图形输入方式，通过激活屏幕上的相应菜单，利用系统提供的图形生成和编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，完成零件造型。

同时以人机交互方式指定要加工的零件部位，加工方式和加工方向，输入相应的加工工艺参数，通过软件系统的处理自动生成刀具路径文件，并动态显示刀具运动的加工轨迹，最终生成适合指定数控系统的数控加工程序。

并通过通讯接口，把数控加工程序送给机床数控系统完成加工。

这种编程系统具有交互性好，直观性强，运行速度快，便于修改和检查，使用方便，容易掌握等特点。

因此交互式图形自动编程软件已成为国内外流行的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。

在交互式图形自动编程系统中，需要输入二种数据以产生数控加工程序：零件几何模型数据和切削加工工艺数据。

交互式图形自动编程系统实现了从图样－模型－数控编程和加工的一体化，它的三个主要处理过程是：零件几何造型、生成刀具路径文件、生成零件加工程序。

1. 零件几何造型
交互式图形自动编程系统（CAD/CAM），可通过三种方法获取和建立零件几何模型：
软件本身提供的CAD设计模块
其他CAD/CAM系统生成的图形，通过标准图形转换接口（例如STEP，DXFIGES，STL，DWG，
PARASLD，CADL，NFL等），转换成本软件系统的图形格式。

三坐标测量机数据或三维多层扫描数据。

2. 生成刀具路径
在完成了零件的几何造型以后，交互式图形自动编程系统第二步要完成的是产生刀具路径。

其基本过程为：
首先确定加工类型（轮廓、点位、挖槽或曲面加工），用光标选择加工部位，选择走刀路线
或切削方式。

选取或输入刀具类型、刀号、刀具直径、刀具补偿号、加工裕留量、进给速度、主轴转速、
退刀安全高度、粗精切削次数及余量、刀具半径长度补偿状况、进退刀延伸线值等加工所需的全全部工艺切削参数。

软件系统根据这些零件几何模型数据和切削加工工艺数据，经过分析、计算、处理，生成刀
具运动轨迹数据，即刀位文件CLF(Cut Location File),并动态显示刀具运动的加工轨迹。

刀位
位文件与采用哪一种特定的数控机床无关，是一个中性文件，因此通常称产生刀具路径的过为前程为前置处理。

3. 后置处理
后置处理的目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序。

由于各种机床使用的数控系统各不相同，例如有FANUC,SIEMENS,AB,GE等系统，每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同，为此，自动编程软件系统通常提供多种专用的或通用的后置处理文件，这些后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序。

早期的后置处理文件是不开放的，使用者无法修改。

目前绝大多数优秀的CAD/CAM软件提供开放式的通用后置处理文件。

使用者可以根据自己的需要打开文件，按照希望输出的数控加工程序格式，修改文件中相关的内容。

这种通用后置处理文件，只要稍加修改，就能满足多种数控系统的要求。

4. 模拟和通讯
系统在生成了刀位文件后模拟显示刀具运动的加工轨迹是非常必要和直观的，它可以检查编程过程中可能的错误。

通常自动编程系统提供了一些模拟方法，下面简要介绍线架模拟和实体模拟基本过程：
线架模拟中可以设置的参数有：①以步进方式一步步模拟或自动连续模拟；步进方式中按设定的步进增量值方式运动或按端点方式运动；②运动中每一步保留刀具显示的静态模拟或不保留刀具显示的动态模拟；③刀具旋转；④模拟控制器刀具补偿；⑤模拟旋转轴；⑥换刀时刷新刀具路径；⑦刀具轨迹涂色；⑧显示刀具和夹具等。

实体模拟可以设置的参数有：①模拟实体加工过程或仅显示最终加工零件实体；②零件毛坯定义；③视角设置；④光源设置；⑤步长设置；⑥显示加工被除去的体积；⑦显示加工时间；⑧暂停模拟设置；⑨透视设置等。

通常自动编程系统还会提供计算机与数控机床之间数控加工程序的通讯传输。

通过RS232通讯接口，可以实现计算机与数控机床之间NC程序的双向传输（接受，发送和终端模拟），可以设置NC程序格式（ASCⅡ,EIA,BIN）,通讯连接口（COM1,COM2），传输速度（波特率），奇偶校验，数据位数，停止位数及发送延时参数等有关的通讯参数。

三、基于MasterCAM的后处理应用
CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。

但是由于数控系统的多样性，在生成G代码时应与机床所用的数控系统相符合。

后处理（Post）是处理机床及数控系统直接相关的信息，是计算机辅助制造（CAM）基本实现过程的最后一个关键环节，它直接决定了由CAM编程所产生的加工程序能否在数控机床上顺利运行。

众所周知目前数控机床所采用的控制系统各不相同，它们能识别的数控指令也不尽相同，如在我国应用十分广泛的日本FANUC系列数控系统、德国西门子公司的SINUMERIK系列数控系统。

MasterCAM软件以其简单易学、经济实用的优点深受用户喜爱。

该软件配置的是适应单一类型数控系统的通用后处理，每个后处理文件对应一种数控系统模型。

在MasterCAM软件的Post文件夹下，有多种后处理文件。

为了解决实际数控系统的不同配置和编程人员的不同习惯问题，正确认识、设置、修改后处理文件是行之有效的。

一、概述
CAM从设计绘制图形到编制刀具路径，再通过后处理器转换为机床数控系统能识别的NC程序，并能模拟刀具路径验证NC程式，然后通过DNC与机床的连网输入到机床中。

由于它
（1）使编程人员从大量繁琐的、容易出错的手工编程工作中解放出来。

（2）提高了计算精度。

（3）实现了编程的规范化和优化，利用现有的DNC机群管理直接把由计算机生成程
序传到机床，提高了效率，减少了出错机会。

并可以进行适时的修改，取得模拟加工的直观的效果。

所以目前正广泛地应用在国内外的机加行业。

二、Ｍastercam软件的后置处理文件
后置处理文件简称后处理文件，是一种可以由编程人员以回答问题的形式自行修改的文件，其扩展名为．ＰＳＴ。

在应用Ｍastercam软件的自动编程功能之前，必须先对这个文件进行编辑，才能在执行后处理程序时产生符合某种控制器需要和使用者习惯的ＮＣ程序，也就是说后处理程序可以将一种控制器的ＮＣ程序定义成该控制器所使用的格式。

以ＦＡＮＵＣ系列的后处理为例，它既可以定义成惯用于ＦＡＮＵＣ３Ｍ控制器所使用的格式，也可以定义成ＦＡＮＵＣ６Ｍ控制器所使用的格式，但不能用来定义其它系列的控制器。

不同系列的后处理文件在内容上略有不同，但其格式及主体部分是相似的，一般都包括以下几个部分。

１．Ａnnotation（注释）对后处理文件及其设定方法作一般性介绍。

２．问题该部分为后处理文件的主要部分，ＦＡＮＵＣ系列的后处理文件中共包括２００个问题，对这些问题的回答将决定将来输出的ＮＣ程序的格式。

３．Commands（指令）指令的作用是对它后面的变量施加影响。

如oldvars和newvars 指令，在回答问题３时若写于刀具号码变量t之前，则使用oldvars时将呼叫前一把刀具的号码，使用newvars时将呼叫现在所使用的刀具号码。

４．Variables（变量）给出了＂问题＂中所使用的各种变量的定义．ＦＡＮＵＣ系列的后处理文件中共定义了２６个变量，如prog-n=程序号码，f=进给率，s=主轴转速，t=刀具号码等。

三、出现的问题及解决办法
（一）ＮＣ程序的自动产生是受软件的后置处理功能控制的，不同的加工模块（如车削、铣削、线切割等）和不同的数控系统对应于不同的后处理文件。

一般还需要对当前的后处理文件进行必要的修改和设定，以使其符合系统要求和个人的编程习惯。

有时在使用软件时由于不了解情况，没有对后处理文件进行修改，导致生成的ＮＣ程序中某些固定的地方经常出现一些多余的内容，或者总是漏掉某些词句，这样，在将程序传入数控机床之前，就必须对程序进行手工修改，如果没有全部更正，则可能造成事故。

例如，某机床的控制系统采用Ｇ５４工件坐标系定位，Ｇ９０绝对坐标编程，要求生成的ＮＣ程序前面必须有Ｇ５４Ｇ９０设置，如果后处理文件的设置为Ｇ５５Ｇ９１，则每次生成的程序中含有Ｇ５５Ｇ９１，却没有Ｇ５４Ｇ９０，如果在加工时没有进行手工改正，则势必造成加工错误。

后置处理文件的编辑和设定，对ＣＡＤ／ＣＡＭ软件来说都是需要的。

但是一般经常忽略这一点，而是在每次生成ＮＣ程序后去对程序进行修改，不仅浪费时间，而且容易出错导致事故。

对于使用多种CAD/CAM系统，配备多种机床各种类型数控系统的情况就更为复杂。

（二）解决方法
１．后处理文件编辑的一般规则
对后处理文件的编辑和设定只需要对第（４）部分的"问题"进行回答。

ＰＳＴ文件的每个问题前都有一个号码并在号码后加一个小数点。

若问题前没有号码，那么这个问题在执行后处理时是被忽略不用的。

回答号码２０以前的问题时，需要在问题的下一行键入所回答的文字，而且回答的内容可以包括多行，２０号以后问题均带有问号且回答时直接写在问号的后面，不得换行，这一类的问题常常是以"y"或"n"来回答。

回答问题时用到变量，不能用引号，而字符串则必须包围在引号之中（如"Ｇ９１Ｇ２８ＧＺ０Ｍ０５"），引号中的文字将按字符串的原样写入程序中。

变量和字符之间要用逗号隔开。

２．变量的使用
变量的定义在后处理文件的开头部分已经作了说明，使用时可通过查阅来了解变量的意义。

变量在回答问题时一经使用，就会在生产的ＮＣ程序中表达确定的意义。

如变量spindle-on,转速为正或０时定义为Ｍ０３，为负时定义为Ｍ０４，如果回答问题时使用了该变量，则会在ＮＣ程序的相应部分写出Ｍ０３或Ｍ０４。

变量Ｆirst-tool用来呼叫程序中所使用中的第一把刀的号码，此变量通常用于程序结束时将使用中的刀具改变为第一把刀的号码，以便在下一次执行程序时使用。

next-tool用于无Ｔ字首的刀具号码，使用这个变量可在刀具被呼叫前，选择另一把刀来进行换刀。

变量xr、yr、zr是用来定义程序中快速定位的Ｘ、Ｙ、Ｚ坐标位置，通常用于换刀和程序结束时使刀具返回机械原点。

prev-x、prev-y、prev-z则是用来定义刀具所在的前一个Ｘ、Ｙ、Ｚ坐标的位置。

３.后处理文件的设置方法
后处理文件中的大部分问题一般不需要作修改，使用时，通常只需对其中固定的某几个问题进行编辑。

下面以ＦＡＮＵＣ系列的．ＰＳＴ文件为例，来说明设定的方法。

（１）问题０的回答要用字符串，对于ＦＡＮＵＣ控制系统设置为"％"。

（２）以问题２的回答以例说明２、４、５问题的回答方法。

假设在设定ＮＣ参数时所给的程序名为test1，程序号为１２３４，顺序号开始号码为１００且增量值为２，刀具号为０１，主轴转速为１５００／mim，则.PST文件格式及产生的ＮＣ程序对照台下。

.PST文件格式NC程序
prog_mane test1
prog_n 1234
N，"G90 G54 G49 G40" N100 G90 G54 G49 G40
Ｎ，"G00 X0 Y0" N102 G00 X0Y0
N，"M06" M104 M06 T01
N，S，spindle_on N106 s1500 M03
四、在生产中的应用：
例：以瑞士DIXI PC100 卧式加工中心为例，在系统中换刀指令格式为T6；M6；而在使用CAM编程后的程序中换刀指令为T6M6；在后处理程序中我们将“pbld, n, *t, "M6", e ”改为“pbld, n,“M6”，e pbld，n，*t ” 另外删去了程序开头的不必要的内容。

在实际中由于这是一台卧式加工中心，其回转轴是B轴，而CAM编程得出的总是A轴，针对这一问题查找了后处理文件找到了
“fmt A 11 cabs #C axis position
fmt A 14 cinc #C axis position
fmt A 4 indx_out #Index position”
改为：
“fmt B 11 cabs #C axis position
fmt B 14 cinc #C axis position
fmt B 4 indx_out #Index position”
并在后处理文件中将CAM软件中原有的英文翻译成中文界面，大大方便了使用。

另外还根据我公司现有的辛辛那提数控系统、HASS数控系统等编程格式编制了相应的后处理程序，使编程效率大大提高。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。

因此，大力推广和提高CAD/CAM编程的技巧，将有助于提高数控机床的使用范围的经济效益。

从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。