數(shù)控（簡(jiǎn)稱(chēng)NC）編程技術(shù)包含了數(shù)控加工與編程、金屬加工工藝、CAD/CAM軟件操作等多方面的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，其主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)CL點(diǎn)）。根據(jù)數(shù)控加工的類(lèi)型，數(shù)控編程可分為數(shù)控銑加工編程、數(shù)控車(chē)加工編程、數(shù)控電加工編程等，而數(shù)控銑加工編程又可分為2.5軸銑加工編程、3軸銑加工編程和多軸（如4軸、5軸）銑加工編程等。3軸銑加工是最常用的一種加工類(lèi)型，而3軸銑加工編程是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)控編程技術(shù)。

提示：本書(shū)中所提及的數(shù)控加工和編程，如無(wú)特別注明，均指2.5軸銑數(shù)控加工和編程或3軸銑數(shù)控加工和編程。

數(shù)控編程經(jīng)歷了手工編程、APT語(yǔ)言編程和交互式圖形編程三個(gè)階段。交互式圖形編程就是通常所說(shuō)的CAM軟件編程。由于CAM軟件自動(dòng)編程具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便、便于檢查和修改等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控加工普遍采用的數(shù)控編程方法。因此，在無(wú)特別說(shuō)明的情況下，數(shù)控編程一般是指交互式圖形編程。交互式圖形編程的實(shí)現(xiàn)是以CAD技術(shù)為前提的。數(shù)控編程的核心是刀位點(diǎn)計(jì)算，對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品，其數(shù)控加工刀位點(diǎn)的人工計(jì)算十分困難，而CAD技術(shù)的發(fā)展為解決這一問(wèn)題提供了有力的工具。利用CAD技術(shù)生成的產(chǎn)品三維造型包含了數(shù)控編程所需要的完整的產(chǎn)品表面幾何信息，而計(jì)算機(jī)軟件可針對(duì)這些幾何信息進(jìn)行數(shù)控加工刀位的自動(dòng)計(jì)算。因此，絕大多數(shù)的數(shù)控編程軟件同時(shí)具備CAD的功能，因此稱(chēng)為CAD/CAM一體化軟件。

由于現(xiàn)有的CAD/CAM軟件功能已相當(dāng)成熟，因此使得數(shù)控編程的工作大大簡(jiǎn)化，對(duì)編程人員的技術(shù)背景、創(chuàng)造力的要求也大大降低，為該項(xiàng)技術(shù)的普及創(chuàng)造了有利的條件。事實(shí)上，在許多企業(yè)從事數(shù)控編程的工程師往往僅有中專(zhuān)甚至高中的學(xué)歷。

目前市場(chǎng)上流行的CAD/CAM軟件均具備了較好的交互式圖形編程功能，其操作過(guò)程大同小異，編程能力差別不大。不管采用哪一種CAD/CAM軟件，NC編程的基本過(guò)程及內(nèi)容可由圖1表示。

圖1 CAM編程的一般步驟

1 獲得CAD模型

CAD模型是NC編程的前提和基礎(chǔ)，任何CAM的程序編制必須有CAD模型為加工對(duì)象進(jìn)行編程。獲得CAD模型的方法通常有以下3種：

（1）打開(kāi)CAD文件。如果某一文件是已經(jīng)使用NX進(jìn)行造型完畢的，或是已經(jīng)做過(guò)編程的文件，那么重新打開(kāi)該文件，即可獲得所需的CAD模型。

（2）直接造型。CAD/CAM軟件，具有很強(qiáng)的造型功能，可以進(jìn)行曲面和實(shí)體的造型。對(duì)于一些不是很復(fù)雜的工件，可以在編程前直接造型。

（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)模型文件是使用其他的CAD軟件進(jìn)行造型時(shí)，首先要將其轉(zhuǎn)換成當(dāng)前軟件使用的文件格式。通過(guò)CAD/CAM軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可以讀取其他CAD軟件所做的造型文件，或者通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行交換。

2 加工工藝分析和規(guī)劃

加工工藝分析和規(guī)劃的主要內(nèi)容包括：

（1）加工對(duì)象的確定：通過(guò)對(duì)模型的分析，確定這一工件的哪些部位需要在數(shù)控銑床或者數(shù)控加工中心上加工。數(shù)控銑的工藝適應(yīng)性也是有一定限制的，對(duì)于尖角、細(xì)小的筋條等部位是不適合加工的，應(yīng)使用線切割或者電加工來(lái)加工；而另外一些加工內(nèi)容，可能使用普通機(jī)床有更好的經(jīng)濟(jì)性，如孔的加工、回轉(zhuǎn)體加工等，可以使用鉆床或車(chē)床進(jìn)行加工。

（2）加工區(qū)域規(guī)劃。即對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行分析，按其形狀特征、功能特征及精度、粗糙度要求將加工對(duì)象分成數(shù)個(gè)加工區(qū)域。對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行合理規(guī)劃可以達(dá)到提高加工效率和加工質(zhì)量的目的。

技巧：在進(jìn)行加工對(duì)象確定和加工區(qū)域規(guī)劃或分配時(shí)，通過(guò)參考實(shí)物可以更直觀地進(jìn)行分析和規(guī)劃。

（3）加工工藝路線規(guī)劃。即從粗加工到精加工再到清根加工的流程及加工余量分配。

（4）加工工藝和加工方式確定：如刀具選擇、加工工藝參數(shù)和切削方式（刀軌形式）選擇等。在完成工藝分析后，應(yīng)填寫(xiě)一張CAM數(shù)控加工工序表，表中的項(xiàng)目應(yīng)包括加工區(qū)域、加工性質(zhì)、走刀方式、使用刀具、主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給等選項(xiàng)。完成了工藝分析及規(guī)劃可以說(shuō)是完成了CAM編程80%的工作量。同時(shí)，工藝分析的水平原則上決定了NC程序的質(zhì)量。

3 CAD模型完善

對(duì)CAD模型作適合于CAM程序編制的處理。由于CAD造型人員更多考慮零件設(shè)計(jì)的方便性和完整性，并不顧及對(duì)CAM加工的影響，所以要根據(jù)加工對(duì)象的確定及加工區(qū)域規(guī)劃來(lái)對(duì)模型作一些完善。通常有以下內(nèi)容：

（1）坐標(biāo)系的確定。坐標(biāo)系是加工的基準(zhǔn)，將坐標(biāo)系定位于適合機(jī)床操作人員確定的位置，同時(shí)保持坐標(biāo)系的統(tǒng)一。

（2）隱藏部分對(duì)加工不產(chǎn)生影響的曲面，按曲面的性質(zhì)進(jìn)行分色或分層。這樣一方面看上去更為直觀清楚；另一方面在選擇加工對(duì)象時(shí)，可以通過(guò)過(guò)濾方式快速地選擇所需對(duì)象。

（3）修補(bǔ)部分曲面。對(duì)于有不加工部位存在造成的曲面空缺部位，應(yīng)該補(bǔ)充完整。如對(duì)于有鉆孔的曲面，存在狹小凹槽的曲面等，應(yīng)該將這些曲面補(bǔ)充完整，這樣獲得的刀具路徑規(guī)范而且安全。

（4）增加安全曲面，如對(duì)邊緣曲面進(jìn)行適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)。

（5）對(duì)輪廓曲線進(jìn)行修整。對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲取的數(shù)據(jù)模型，可能存在看似光滑的曲線其實(shí)存在著斷點(diǎn)，看似一體的曲面在連接處不能相交等問(wèn)題，可通過(guò)修整或者創(chuàng)建輪廓線構(gòu)造出最佳的加工邊界曲線。

（6）構(gòu)建刀具路徑限制邊界。對(duì)于規(guī)劃的加工區(qū)域，需要使用邊界來(lái)限制加工范圍的，可先構(gòu)建出邊界曲線。

4 加工參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置可視為對(duì)工藝分析和規(guī)劃的具體實(shí)施，它構(gòu)成了利用CAD/CAM軟件進(jìn)行NC編程的主要操作內(nèi)容，直接影響NC程序的生成質(zhì)量。參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容較多，下面列舉其中主要幾個(gè)：

（1）切削方式設(shè)置：用于指定刀軌的類(lèi)型及相關(guān)參數(shù)。

（2）加工對(duì)象設(shè)置：是指用戶(hù)通過(guò)交互手段選擇被加工的幾何體或其中的加工分區(qū)、毛坯、避讓區(qū)域等。

（3）刀具及機(jī)械參數(shù)設(shè)置：是針對(duì)每一個(gè)加工工序選擇適合的加工刀具，并在CAD/CAM軟件中設(shè)置相應(yīng)的機(jī)械參數(shù)，包括主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給、切削液控制等。

（4）加工程序參數(shù)設(shè)置：包括進(jìn)/退刀位置及方式、切削用量、行間距、加工余量、安全高度等參數(shù)。

這是CAM軟件參數(shù)設(shè)置中最主要的一部分內(nèi)容。

5 生成刀具路徑

在完成參數(shù)設(shè)置后，即可將設(shè)置結(jié)果提交CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行刀軌的計(jì)算。這一過(guò)程是由CAD/CAM軟件自動(dòng)完成的。

6 刀具路徑檢驗(yàn)

為確保程序的安全性，必須對(duì)生成的刀軌進(jìn)行檢查校驗(yàn)，檢查有無(wú)過(guò)切或者加工不到位，同時(shí)檢查是否會(huì)發(fā)生與工件及夾具的干涉。校驗(yàn)的方式有：

（1）直接查看。通過(guò)對(duì)視角的轉(zhuǎn)換、旋轉(zhuǎn)、放大、平移直接查看生成的刀具路徑，適于觀察其切削范圍有無(wú)越界，及有無(wú)明顯異常的刀具軌跡。

（2）手工檢查。對(duì)刀具軌跡進(jìn)行逐步觀察。

（3）實(shí)體模擬切削，進(jìn)行仿真加工。直接在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察加工效果，這個(gè)加工過(guò)程與實(shí)際機(jī)床加工過(guò)程十分類(lèi)似。對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的程序，應(yīng)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，重新進(jìn)行計(jì)算后再作檢驗(yàn)。

7 后處理

后處理實(shí)際上是一個(gè)文本編輯處理過(guò)程，其作用是將計(jì)算出的刀軌（刀位運(yùn)動(dòng)軌跡）以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)化為NC代碼并輸出保存。

在后處理生成數(shù)控程序之后，還需要檢查這個(gè)程序文件，特別對(duì)程序頭及程序尾部分的語(yǔ)句進(jìn)行檢查，如有必要可以修改。這個(gè)文件可以通過(guò)傳輸軟件傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的控制器上，由控制器按程序語(yǔ)句驅(qū)動(dòng)機(jī)床加工。

在上述過(guò)程中，編程人員的工作主要集中在加工工藝分析和規(guī)劃、參數(shù)設(shè)置這兩個(gè)階段，其中工藝分析和規(guī)劃決定了刀軌的質(zhì)量，參數(shù)設(shè)置則構(gòu)成了軟件操作的主體。更多精彩內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注PLM之神公眾號(hào)！