數(shù)控（簡稱NC）編程技術包含了數(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與經(jīng)驗，其主要任務是計算加工走刀中的刀位點（簡稱CL點）。根據(jù)數(shù)控加工的類型，數(shù)控編程可分為數(shù)控銑加工編程、數(shù)控車加工編程、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型，而3軸銑加工編程是目前應用最廣泛的數(shù)控編程技術。

提示：本書中所提及的數(shù)控加工和編程，如無特別注明，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語言編程和交互式圖形編程三個階段。交互式圖形編程就是通常所說的CAM軟件編程。由于CAM軟件自動編程具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于檢查和修改等優(yōu)點，已成為目前國內(nèi)外數(shù)控加工普遍采用的數(shù)控編程方法。因此，在無特別說明的情況下，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現(xiàn)是以CAD技術為前提的。數(shù)控編程的核心是刀位點計算，對于復雜的產(chǎn)品，其數(shù)控加工刀位點的人工計算十分困難，而CAD技術的發(fā)展為解決這一問題提供了有力的工具。利用CAD技術生成的產(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，而計算機軟件可針對這些幾何信息進行數(shù)控加工刀位的自動計算。因此，絕大多數(shù)的數(shù)控編程軟件同時具備CAD的功能，因此稱為CAD/CAM一體化軟件。

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

目前市場上流行的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，任何CAM的程序編制必須有CAD模型為加工對象進行編程。獲得CAD模型的方法通常有以下3種：

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

（2）直接造型。CAD/CAM軟件，具有很強的造型功能，可以進行曲面和實體的造型。對于一些不是很復雜的工件，可以在編程前直接造型。

（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當模型文件是使用其他的CAD軟件進行造型時，首先要將其轉(zhuǎn)換成當前軟件使用的文件格式。通過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，或者通過標準數(shù)據(jù)格式進行交換。

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）加工對象的確定：通過對模型的分析，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)控銑的工藝適應性也是有一定限制的，對于尖角、細小的筋條等部位是不適合加工的，應使用線切割或者電加工來加工；而另外一些加工內(nèi)容，可能使用普通機床有更好的經(jīng)濟性，如孔的加工、回轉(zhuǎn)體加工等，可以使用鉆床或車床進行加工。

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

技巧：在進行加工對象確定和加工區(qū)域規(guī)劃或分配時，通過參考實物可以更直觀地進行分析和規(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，應填寫一張CAM數(shù)控加工工序表，表中的項目應包括加工區(qū)域、加工性質(zhì)、走刀方式、使用刀具、主軸轉(zhuǎn)速、切削進給等選項。完成了工藝分析及規(guī)劃可以說是完成了CAM編程80%的工作量。同時，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計的方便性和完整性，并不顧及對CAM加工的影響，所以要根據(jù)加工對象的確定及加工區(qū)域規(guī)劃來對模型作一些完善。通常有以下內(nèi)容：

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

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

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

（4）增加安全曲面，如對邊緣曲面進行適當?shù)难娱L。

（5）對輪廓曲線進行修整。對于數(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存在著斷點，看似一體的曲面在連接處不能相交等問題，可通過修整或者創(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。對于規(guī)劃的加工區(qū)域，需要使用邊界來限制加工范圍的，可先構(gòu)建出邊界曲線。

4 加工參數(shù)設置

參數(shù)設置可視為對工藝分析和規(guī)劃的具體實施，它構(gòu)成了利用CAD/CAM軟件進行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)設置的內(nèi)容較多，下面列舉其中主要幾個：

（1）切削方式設置：用于指定刀軌的類型及相關參數(shù)。

（2）加工對象設置：是指用戶通過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）刀具及機械參數(shù)設置：是針對每一個加工工序選擇適合的加工刀具，并在CAD/CAM軟件中設置相應的機械參數(shù)，包括主軸轉(zhuǎn)速、切削進給、切削液控制等。

（4）加工程序參數(shù)設置：包括進/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)設置后，即可將設置結(jié)果提交CAD/CAM系統(tǒng)進行刀軌的計算。這一過程是由CAD/CAM軟件自動完成的。

6 刀具路徑檢驗

為確保程序的安全性，必須對生成的刀軌進行檢查校驗，檢查有無過切或者加工不到位，同時檢查是否會發(fā)生與工件及夾具的干涉。校驗的方式有：

（1）直接查看。通過對視角的轉(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越界，及有無明顯異常的刀具軌跡。

（2）手工檢查。對刀具軌跡進行逐步觀察。

（3）實體模擬切削，進行仿真加工。直接在計算機屏幕上觀察加工效果，這個加工過程與實際機床加工過程十分類似。對檢查中發(fā)現(xiàn)問題的程序，應調(diào)整參數(shù)設置，重新進行計算后再作檢驗。

7 后處理

后處理實際上是一個文本編輯處理過程，其作用是將計算出的刀軌（刀位運動軌跡）以規(guī)定的標準格式轉(zhuǎn)化為NC代碼并輸出保存。

在后處理生成數(shù)控程序之后，還需要檢查這個程序文件，特別對程序頭及程序尾部分的語句進行檢查，如有必要可以修改。這個文件可以通過傳輸軟件傳輸?shù)綌?shù)控機床的控制器上，由控制器按程序語句驅(qū)動機床加工。

在上述過程中，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)設置這兩個階段，其中工藝分析和規(guī)劃決定了刀軌的質(zhì)量，參數(shù)設置則構(gòu)成了軟件操作的主體。更多精彩內(nèi)容請關注PLM之神公眾號！