数控铣床编程方法浅谈

潘敏辉　陈益丰　孙兵涛

摘要：文章以华中数控铣床为例，对数控编程方法和步骤进行了简明的阐述，并针对一个典型零件的数控铣削加工给出了一套完整程序及相应的分析。

关键词：数控铣；手工编程；自动编程；交互式CAK/CAM

中图分类号：TP271 文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）03-0106-02

数控技术（Numerical Control）是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床。数控铣床除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要2～5坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。本文就数控铣床零件加工中的程序编制问题进行探讨。

一、编程方法

数控铣床编程方法主要有手工编程、自动编程和交互式CAD/CAM三种。

（一）手工编程

手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。

（二）自动编程

自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的。APT是自动编程工具（Automatically Programmed Tool）的简称，是对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。在编程时编程人员依据零件图样，以APT语言的形式表达出加工的全部内容，再把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDATA file），通过后置处理后，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程，称为APT语言自动编程。采用自动编程时，由于计算机（或编程机）代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可将编程效率提高数倍到数十倍，同时解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件的编程难题。

（三）交互式CAD/CAM

利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。在编程时编程人员首先利用计算机辅助设计（CAD）或自动编程软件本身的零件造型功能，构建出零件几何形状，然后对零件图样进行工艺分析，确定加工方案，其后还需利用软件的计算机辅助制造（CAM）功能，完成工艺方案的制订、切削用量的选择、刀具及其参数的设定，自动计算并生成刀位轨迹文件，利用后置处理功能生成指定数控系统用的加工程序。因此我们把这种编程方式称为图形交互式自动编程。这种自动编程系统是一种CAD与CAM高度结合的编程系统，具有形象、直观和高效等优点。

二、编程思想

什么叫编程思想？所谓的编程思想就是对于一个待加工零件或者图纸，编程人员对其进行分析、计算，然后正确的编制出数控程序的一个过程，这其中包含对零件的工艺分析，加工路线的分析及相应坐标的计算等等。编程思想是一个编程人员应具备的素质和能力，也是我们编制程序的基础。在数控编程学习过程中，一些学生能够编制简单的直线、圆弧类零件，但是对于复杂的零件却无从下手，或者更换一个零件，他们就不知道如何下手，在编写的时候思路混乱，想到一点就编写一点，思维跳跃性很大，没有一个比较连贯的思路，编写的程序也是漏洞百出，不合情理。究其原因，就是没有一个良好的编程习惯，也即没有形成一个正确的编程思想。对于数控编程，其编程思想应该是这样的：分析图纸——确定加工工艺（即刀具轨迹）——数值计算——编制程序。其中，这里的加工工艺应包含刀具的选择、零件的装夹、夹具的选择、参数的设定等。在这个编程思想过程中确定刀具轨迹是最为关键的。因为一旦刀具轨迹被正确的确定，程序的框架也就随之出来了，剩下的工作就是选择参数，然后按照刀具轨迹一个点一个点地编制程序。下面，我们以一个典型的铣床编程加工教学中的一个零件为实例来进行分析。

三、典型实例分析

手工编程是自动编程的基础，也是入门教学中普遍采取的编程方法。本例采用手工编程方法。

（一）分析零件和图纸

分析此加工零件图纸，可知此零件是直线和圆弧组合的平面型零件，铣削平面型零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。故只需要一把圆柱平头立铣刀就可以完成。我们选刀具直径为Φ20，刀补表里D01的值设为R10。

（二）确定加工工艺

在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：

1．应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。

2．应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间。

3．应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能的快，而刀具相对于工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走道路线。我们选择走刀路线为起刀点→A→B→C→D→E→F→G→H→I→A→回起刀点。

数控铣床夹具的选用可根据生产零件的批量来确定。对单件、小批量、工作量较大的模具加工来说，一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧，然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。此例零件是长方体，我们选择机用平口钳来夹持。

在实践教学加工中,我们选用的零件材质为硬铝，因为在铣削用量的选择上，铣削深度5毫米可以一刀切下，进给量选用100mm/min，主轴转速选用1000r/min。

（三）数值计算

原点坐标如图所示，此实例设起刀点坐标为(-10,-10,10)，铣削深度为5毫米，则外轮廓各点XY坐标如下：

A点坐标:(0,10)

B点坐标:(0,45)

C点坐标:(15,60)

D点坐标:(50,60)

E点坐标:(65,45)

F点坐标:(80,30)

G点坐标:(80,10)

H点坐标:(70,0)

I点坐标:(10,0)

（四）编制程序

%0718

G92 X-10 Y-10 Z10 （建立坐标系）

M03 S1000（主轴以1000r/min正转）

G90 G01 Z-5 F100（以100mm/min进给量下刀5mm深）

G41 G01 X0 Y10 D01（建立左刀补到A点）

G01 X0 Y45（到B点）

G02 X15 Y60 R15 （到C点）

G01 X50 Y60 （到D点）

G02 X65 Y45 R15 （到E点）

G03 X80 Y30 R15 （到F点）

G01 X80 Y10 （到G点）

G01 X70 Y0 （到H点）

G01 X10 Y0 （到I点）

G01 X0 Y10 （到A点）

G00 Z10 （提刀）

G40 G00 X-10 Y-10 （回到起刀点）

M02（程序结束）

四、结语

数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一。想要充分发挥数控铣床的特点，实现数控加工中的优质、高产、低耗，编程是关键，而在编制数控铣床程序过程中，编程思想是关键中的关键，故在编制程序前必须有一个清晰的编程思想。

参考文献

[1]龚仲华．数控技术[M]．北京:机械工业出版社，2004．

[2]陈洪涛．数控工艺与编程[M]．北京:高等教育出版社，2006．

[3]眭润舟．数控编程及加工技术[M]．北京:机械工业出版社，2004．

作者简介：潘敏辉（1979-），男，浙江温州人，温州大学机电工程学院助理工程师，研究方向：机械制造技术；陈益丰（1978-），男，浙江温州人，温州大学机电工程学院助理工程师，研究方向：机械制造技术；孙兵涛（1983-），男，浙江温州人，温州大学机电工程学院技术员，研究方向：机械制造技术。