cnc数控编程的常用方法
手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。人工完成零件加工的数控工艺计算刀位轨迹坐标数据编写数控加工程序单主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。 （图形交互式）对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC6M数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能。数控编程同计算机编程一样也有自己的语言,但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的Windows为绝对优势占领全球市场.数控机床就不同了,它还没发展到那种相互通用的程度,也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容.所以,当我要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床采用的是什么型号的系统.2. 常用自动编程软件Unigraphics 是美国Unigraphics Solution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。提供可靠、精确的刀具路径能直接在曲面及实体上加工良好的使用者界面，客户也可自行化设计界面多样的加工方式，便于设计组合高效率的刀具路径加工参数库管理功能包含二轴到五轴铣削、车床铣削、线切割泛用型后处理器等功能CAM客户化模板（2）CatiaCatia是法国达索（Dassault）公司推出的产品，法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。CATIA 据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。CATIA具有较强的编程能力，可满足复杂零件的数控加工要求。目前一些领域采取CATIA设计建模，UG编程加工，二者结合，搭配使用。（3）Pro/E 是美国PTC （参数技术有限公司）开发的软件，是全世界最普及的三维 CAD/CAM （计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用，设计建模采用PRO-E ，编程加工采用MASTERCAM 和 CIMATRON 是目前通行的做法。（4）C（imatronCAD/CAM系统以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 CimatronCAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎，国内模局制造行业也在广泛使用。（5）Mastercam美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam具有较强的曲面粗加工及的曲面精加工的功能，曲面精加工有多种选择方式，可以满足复杂零件的曲面加工要求，同时具备多轴加工功能。由于价格低廉，性能优越，成为国内民用行业数控编程软件的首选。（6）FeatureCAM美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAM软件，全新的特征概念，超强的特征识别，基于工艺知识库的材料库，刀具库，图标导航的基于工艺卡片的编程模式。全模块的软件，从2~5轴铣削，到车铣复合加工，从曲面加工到线切割加工，为车间编程提供全面解决方案。 DELCAM软件后编辑功能相对来说是比较好的。近年来国内一些制造企业正在逐步引进，以满足行业发展的需求，属新兴产品。（7）CAXA制造工程师CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAM产品，为国产CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。 作为我国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌，CAXA已经成为我国CAD/CAM/PLM业界的领导者和主要供应商。 CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。（8）EdgeCAM英国Pathtrace公司出品的具有智能化的专业数控编程软件，可应用于车、铣、线切割等数控机床的编程。针对当前复杂三维曲面加工特点，EdgeCAM设计出更加便捷可靠的加工方法 ，目前流行于欧美制造业。英国路径公司正在进行中国市场的开发和运作，为国内的制造业的客户提供更多的选择。（9）VERICUTVERICUT美国CGTECH公司出品的一种先进的专用数控加工仿真软件。VERICUT 采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，对数控加工过程的模拟达到了极其逼真的程度。不仅能用彩色的三维图像显示出刀具切削毛坯形成零件的全过程，还能显示出刀柄、夹具,甚至机床的运行过程和虚拟的工厂环境也能被模拟出来，其效果就如同是在屏幕上观看数控机床加工零件时的录像。编程人员将各种编程软上生成的数控加工程序导入VERICUTVERICUT中，由该软件进行校验，可检测原软件编程中产生的计算错误，降低加工中由于程序错误导致的加工事故率。目前国内许多实力较强的企业，已开始引进该软件来充实现有的数控编程系统，取得了良好的效果。随着制造业技术的飞速发展，数控编程软件的开发和使用也进入了一个高速发展的新阶段，新产品层出不穷，功能模块越来越细化，工艺人员可是在微机上轻松地设计出科学合理并富有个性化的数控加工工艺，把数控加工编程变得更加容易、便捷。
数控编程技术:NC程序仿真与校验
数控编程技术:NC程序仿真与校验2008年02月20日星期三12:26本文应用NC程序仿真校验软件VERICUT，研究了NC程序的仿真技术，分别探讨了手工编写的和由CAD/CAM软件生成的NC程序的校验方法，完成了典型零件手工编写的和由CAD/CAM软件生成的NC程序的切削加工仿真和程序校验。
NC程序作为数控加工的信息载体，其正确与否直接影响零件的加工质量。目前实际生产使用的NC程序，在投入加工之前通常采用机床空运行和样件试切，完成NC程序的校验。该方法加工准备周期长，生产成本高，难以实现数控机床的高效率。图形仿真是目前通用的NC校验方法，一般采用离线工作方式，用三维图形直观显示机床、刀具、工件以及辅助设备（机械手等），在计算机上对检验程序进行编译，并驱动图形加工系统进行准实时加工，检查NC代码中的语法和语意错误，实现干涉校验。NC程序仿真能直观安全地模拟、验证、分析切削过程，免去了以往样件生产的样件材料损耗、刀具磨损、机床清理等，从而缩短生产准备周期，降低成本。本文选择了两个典型零件作为研究对象，探讨利用计算机辅助技术生成NC程序，然后进行仿真校验的技术问题。
以UnigraphicsNX和VERICUT5.3为工具。在UnigraphicsNX/Modeling模块中做零件和模型造型，用VB和UnigraphicsNX/Manufacturing等软件生成NC程序，再用VERICUT5.3仿真软件实现NC程序仿真校验。
二、NC程序仿真与校验工作流程
VERICUT仿真校验NC程序的工作流程如图1所示。
图1VERICUT仿真校验NC程序的工作流程
几乎所有形式的NC程序代码都可以作为VERICUT的输入程序，包括手工编写的纯文本格式的数控加工程序。M＆G代码与APT形式的CL文件一样，都可以被VERICUT直接执行。类似真实加工的是，VERICUT需要刀具轨迹代码，需要对于被加工的原材料的描述，也需要对于切削刀具的描述。验证过程的结果之一是一个加工过的三维实体模型——产品。结果之二是一个报告——包含模拟加工过程所监测到的所有错误信息的日志报告。
三、VERICUT实现NC程序仿真校验的方法和步骤
1.手工编写的NC程序仿真校验
对于这种情况，这里以一个用VB编写的纯文本数控加工程序为例加以说明。如图2所示的是一个已经粗加工的零件，要对其顶面进行精加工。顶面为一不能用CAD软件完成造型的三维空间曲面，原曲面上相应点的坐标是在三坐标测量机上测量得到的，只能根据这些坐标值进行编程，然后加工出曲面。用VB编写的数控程序有5万多行，程序的校验原先是在数控机床上对样件进行试切完成的，要经历试切→测量→修改程序→再试切的程序校验过程，整个过程既费工又费时，而且效果也不理想。改用VERICUT对NC程序进行仿真和校验，不仅节省时间和降低成本，而且效果很好。
图2毛坯模型
本例为了获得好的仿真效果，利用UnigraphicsNX制作了一个近似的实体模型。模型制作好后，输出为*.IGS文件并保存。仿真需要完成三个操作步骤：准备NC程序；准备被加工零件的原材料模型；完成仿真。
进入VERICUT主界面，首先定义工作环境，单击File→Properties，DefaultUnits=Millimeter设置为公制毫米单位，然后单击File→NewSession新建一个*.USR文件。在其中定义刀具路径、毛坯和刀具，并完成仿真。
(1)毛坯
单击VERICUT主菜单的Model→ModelDefinition：Import标签，单击Browse，点选保存*.IGS原材料模型文件的目录，选择预先制作好的原材料模型文件。取Tolerance=0.005，单击Apply，被加工零件的原材料模型即被输入VERICUT主界面，如图1所示。
(2)NC程序
手工编写的NC程序如图2所示。共5万多行，预先编好的NC程序保存为纯文本格式。NC程序以顶面中心为编程原点，精加工工序使用的刀具为φ20球头铣刀。NC程序调用步骤：单击Setupmenu→Toolpath：ToolpathType＝G-CodeData，单击Add，选择预先编好的程序文件，单击Ok，刀具路径文件被调入VERICUT。
图3NC程序
(3)刀具
根据程序的要求，在VERICUT中定义刀具，可以从VERICUT附带的刀具库中选择。步骤是：单击Setup→ToolManager→File→Open，在VERICUT的安装目录下，找到刀具库文件fanuc3xm.tls，并打开。对ID号为1的刀具进行编辑，改为φ20的球头铣刀，并将其GageOffest设为零。删除其余刀具，将修改的结果另存至相应的目录。
(4)数控系统
这里要为VERICUT仿真环境指定一个数控系统控制文件。可直接从VERICUT的库文件中选择相应的数控系统控制文件，本例选用的控制文件是fan0m·ctl(mill)。调用步骤：单击Setup→Control→Open，在VERICUT安装目录下找到库文件fan0m·ctl，并打开。该文件是一个文本文件，包含数控系统如何处理G代码的指令、程序的格式、机器码编写规则和程序调用的规则等，用于将刀具路径编译为机床能识别的机器码。
(5)机床
要根据实际机床定义仿真的机床组件。下面以Funac-3Axis立式加工中心为例，说明如何添加机床各轴组件到组件树形关系中。
☆在Base下建立Z轴，并定义Z轴零点相对于机床零点的位置；
☆在Z轴上建立刀具Tool，并定义其相对于机床零点的位置；
☆再在Base下建立Y轴，在Y轴上建立X轴；
☆然后利用剪切、粘贴功能，将组件树形关系调整为如图（4）所示结构。
图4组件树形关系
说明：机床组件中各轴零点均设在毛坯底面中心，刀具Tool的Z坐标根据程序中的G92指令和毛坯顶面中心至底面中心的高度设置，类似于在数控机床上将工件坐标零点设置在毛坯顶面的中心。
(6)仿真
这里要确保刀具路径的原点与机床各组件的零点相符。本例根据以上的设置将刀具路径原点设在Stock_Origin。设置步骤：单击Setupmenu→Toolpath：在刀具原点列表下拉菜单中，点选Stock_Origin，然后单击Ok。
单击PlaytoEnd图标即可仿真刀具切削过程。仿真过程中，打开Info/Status窗口，则在动态切削过程的同时，还能实时得到其相应的刀具位置、错误信息、警告信息、刀具信息等，如图5所示。
a)仿真切削过程b)有误切程序的仿真结果c)调整后的程序仿真结果
图5仿真结果
查看日志文件，可得到VERICUT记录的错误信息和警告信息。如有错误，则会显示发生错误的程序段。如记录数均为零，则说明NC程序通过了VERICUT的验证。
2.UnigraphicsNX/Manufacturing中生成的NC程序仿真校验
对于这种情况，本文着重探讨NC程序的仿真校验。尽管在UnigraphicsNX/Manufacturing中，生成刀具路径时，UnigraphicsNX/Manufacturing提供了加工仿真功能，但是对一些复杂零件的刀具路径在实际加工前还应对NC程序进行进一步的验证。如图6所示的零件，在UnigraphicsNX/Manufacturing中编制刀具路径时，经加工仿真未发现问题，用默认的三轴铣后处理器将刀具路径后处理生成NC程序，再用VERICUT进行验证，却出现了错误报告，错误程序段为N3340G2X59.026Y33.681I-33.91F250，圆弧插补缺少J地址字，对应的刀具路径如图6a所示。类似的错误有好几处，这样的错误一般难以检查发现。但用VERICUT软件很容易就能发现问题。经VERICUT仿真的NC程序，除了能在动态切削过程的同时，实时得到其相应的刀具位置、错误信息、警告信息、刀具信息外，还生成相应的日志报告。报告中详细记载了错误的性质和相应的程序段，通过路径重放还能再现错误发生的过程，而且能立即在路径重放窗口中对相应的程序段进行修改。如图6b为原错误程序段修改后的路径重放。
图6一个盘型零件
三、结束语
利用VERICUT仿真校验NC程序可以在计算机上模拟整个NC机床的切削环境，而不必在实际的机床上运行。它降低甚至消除了在机床上验证输出的必要性。利用该技术不仅节省了编程和调试的时间，还减少了重复性的工作、消除了损坏零件及损坏机床的可能性。
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