一、数控程序编制的定义和方法

一、数控程序编制的定义和方法

（一）程序编制的定义

数控机床是按照事先编制好的数控程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备。理想的数控程序不仅应该保证能加工出符合图样要求的合格工件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、高效地工作。

在程序编制以前，编程人员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。编制程序时，需要先对零件图样中的信息，包括技术要求、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方法和加工路线，再进行数值计算，获得刀具中心运动轨迹的位置数据。然后，按数控机床数控系统采用的代码和程序格式，将工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、切削进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关等）编制成数控加工程序。在大部分情况下，要将加工程序记录在加工程序的控制介质（简称控制介质）上。常见的控制介质有磁盘、磁带、穿孔带、网络设备等，其中磁带和穿孔纸带当前已基本淘汰。通过控制介质可将零件加工程序输入数控系统，由数控系统控制数控机床自动地进行加工。数控机床的加工过程如图1-2所示。

图1-2　数控机床的加工过程

因此，数控机床的程序编制主要包括：分析零件图样、工艺处理、数学处理、编写程序清单、制作控制介质及程序检验。因此数控程序的编制过程也就是指由分析零件图样到程序检验的全部过程，如图1-3所示。

图1-3　数控机床程序的编制过程

（二）数控机床程序编制的具体步骤与要求

1.分析零件图样和制定工艺方案

这一步骤的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择合适的数控机床；选择、设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及切削用量等。制定工艺方案中涉及的许多问题，我们将在第三节中详细介绍。

2.数学处理

在确定了工艺方案后，下一步需要根据零件的几何尺寸、加工路线，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。一般的数控系统均具有直线插补与圆弧插补的功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素的交点或切点的坐标值。如果数控系统无刀具半径补偿功能，还应该根据刀具半径计算刀具运动的中心轨迹。对于较复杂的零件或零件的几何形状无法采用控制系统的插补功能来实现时，就需要进行较复杂的数值计算。例如对非圆曲线（如渐开线、阿基米德螺旋线等）需要用直线段或圆弧段来逼近，在满足加工精度的条件下，计算出曲线各节点的坐标值。对于列表曲线、空间曲面的程序编制，其数学处理更为复杂，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。

3.编写零件加工程序单及程序检验

在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序单。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写零件加工程序。程序编制人员应对数控机床的性能、程序指令及加工工艺非常熟悉，才能编写出正确的加工程序。

程序编写好之后，需将它存放在控制介质上，然后输入数控系统，控制数控机床工作。一般来说，正式加工之前，要对程序进行检验。对于平面零件可用笔代替刀具，以坐标纸代替工件进行空运转画图，通过检查机床动作和运动轨迹的正确性来检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于复杂的零件，需要采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工工件材质相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果。当发现工件不符合加工技术要求时，需要修改程序或采取尺寸补偿等措施。

（三）数控机床程序编制的方法

数控程序编制的方法有两种：手工编制程序与自动编制程序。

手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。手工编程的框图如图1-4所示。

图1-4　手工编程框图

对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但对于一些复杂零件，特别是具有非圆曲线的表面，或者零件的几何元素并不复杂，但程序量很大的零件（如一个零件上有许多个孔或平面轮廓由许多段圆弧组成），或当铣削轮廓时，数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，而只能以刀具中心的运动轨迹进行编程等特殊情况，由于计算相当繁琐且程序量大，手工编程就难以胜任，即使能够编出程序来，往往耗费很长时间，而且容易出现错误。据国外统计，当采用手工编程时，一个零件的编程时间与在机床上实际加工时间之比，平均约为30︰1，而数控机床不能开动的原因中有20%～30%是由于加工程序编制困难，编程所用时间较长，造成机床停机。因此，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂零件的加工问题，采用手工编制程序已不能满足要求，而必须利用CAM（计算机辅助制造）技术，采用“自动编制程序”的办法。

使用计算机（或编程机）进行数控机床程序编制工作，即在编程的各项工作中，除拟订工艺方案仍主要依靠人工进行外，其余的工作，包括数学处理、编写程序单、制作控制介质和程序校验等各项工作均由计算机自动完成，这一过程就称为计算机自动编程。

采用计算机自动编程时，程序编制人员只需根据零件图样和工艺要求，使用自动编程语言编写出一个较简短的零件加工源程序，并将其输入到计算机中，计算机自动地进行处理，计算出刀具中心运动轨迹，编出零件加工程序并自动地制作出穿孔纸带。由于计算机可自动绘出零件图形和走刀轨迹，因此程序编制人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了书写程序单及制作控制介质的工作量，因而可将编程效率提高几十倍乃至上百倍，同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。

按输入方式的不同，自动编制程序可分为语言数控自动编程、图形数控自动编程和语音数控自动编程等等。

语言自动编程指加工零件的几何尺寸、工艺要求、切削参数及辅助信息等是用数控语言编写成源程序后，输入到计算机中，再由计算机进一步处理得到零件加工程序单。

图形数控自动编程是指用图形输入设备（如数字化仪）及图形菜单将零件图形信息直接输入计算机并在荧光屏上显示出来，再进一步处理，最终得到加工程序及控制介质。

语音数控自动编程是采用语音识别器，将操作者发出的加工指令声音转变为加工程序。

按程序编制系统与数控系统紧密性的不同，自动编程又分为离线程序编制和在线程序编制。与数控系统相脱离的程序编制系统为离线程序编制系统，该种系统可为多台数控机床编制程序，其功能往往多而强，程序编制时不占用机床工作时间。随着数控技术的不断发展，数控系统不仅可用于控制机床，还可用于自动编制程序。有的数控装置具有会话型编程功能，就是将离线编程机的许多功能移植到了数控系统。