1 引 言

數控機床是按照零件加工程序對工件進行加工的。一個好的加工程序不僅能保證加工出符合要求的工件，還應能充分發揮數控機床的功能，使其安全、可靠、高效地運行。零件加工程序是數控系統的一個重要組成部分，據國外統計，數控機床停機的原因中，有20%～30%是由于編不出加工程序。為了提高數控機床的利用率，編程員應努力提高編程能力，迅速編制出優良的零件加工程序。

2 零件加工程序的評價

一個零件的加工程序決不是唯一的，諸多程序（方案）中，肯定有最優的。可否從以下方面評價：

（1）保證程序是正確的，零件加工質量穩定。

（2）程序方便調試和修改，程序的可讀性好。例如：要改變非圓曲線的逼近步長或曲面的走刀行距，只需修改某一個參數即可，而不必修改整個程序。

（3）程序的穩定性好。當刀具半徑變化或零件安裝位置改變，不需改變程序。

（4）充分發揮系統功能，使程序最短。例如：系統有檢腔宏指令，一條指令可以編出一個銑腔程序。若棄之不用，改為一刀一刀的描述，則勢必使程序變得冗長。

（5）程序的通用性好。若有系列零件，則只需編一種，其余只要修改關鍵尺寸，程序即可使用。

（6）編程成本低。為編出某一程序，所花的人工費用和機器費用要低。當然人工成本與編程員的熟練程度有關，不便量化。但是只需一個計算器和一臺計算機輔助編程（CAM）系統，其成本是可比的。

（7）運行成本要低。能用三軸機床，盡量不用四軸機床；能用四軸機床加一分度轉臺，盡量不用五軸機床。例如：在一圓錐內面銑曲線槽，可以考慮車削中心，也可以考慮三軸機床加一旋轉軸，錐面用一夾具變角，這樣僅四軸機床足夠，而不用五軸機床。

（8）后續加工成本低。如一模具型腔，用通用球頭刀具整張曲面加工，刀具成本低，編程容易，但下道工序拋光成本高，且不易保證精度。用專用刀具分型面加工，雖然編程和刀具成本高，但拋光成本低，極易保證精度。要權衡利弊，擇優選用。

具體的零件，究竟確定什么樣的加工程序，要根據實際情況決定。在實際編程中要有優化意識，尤其用CAM編制的零件加工程序，由于CAM的后置處理功能比較弱，更應該進行優
化。

3 CAM編制的零件加工程序的優化

由于CAM具有很強的圖形數學處理功能，免去了手工編程中繁瑣的數學計算，CAM源程序相對零件加工程序較短，因此很受歡迎。由于數控系統及機床各異， CAM的后置處理，盡管有專用后置或萬能后置，但與機床數控系統功能相比，仍有相當差距。在實際使用中，若能既充分發揮CAM的優點，又能避免其不足，還能充分發揮數控系統的功能和操作者的實踐經驗，就需要對CAM編制的零件加工程序進行優化，使之編出一個高水準的零件加工程序。優化加工程序建議從以下幾方面考慮。

3.1 發揮系統刀具半徑補償功能

數控系統一般都具有刀具半徑補償功能，即以零件輪廓編程，刀具自動偏移一個半徑矢量，刀心軌跡由系統自動計算。現以圖1零件為例。

圖1零件加工程序源自某CAM系統。從CAM編的零件程序看（見NC代碼加工程序），其外拐角的刀心軌跡為圍繞尖角的圓弧（相當B刀補），數控系統一般為遠離尖點的直線轉接（C刀補），對保持尖點有利，CAM編的零件程序包含外拐角的轉接程序段，而數控系統用刀具半徑補償功能自動生成轉接程序段，零件程序中不出現。這樣，程序段數量減少，便于閱
讀。

若以輪廓編程，系統用刀具半徑補償功能控制刀心，當改變刀具尺寸時，操作者只需改變刀補值，不必改變程序。

CAM若要生成刀心軌跡沿零件輪廓的加工程序，只需將刀具半徑設置為零。如果CAM不能生成刀具補償的G代碼，操作者可將刀補G代碼加入程序中。此時的零件加工程序，既體現了CAM的數學處理的優勢，避免了繁瑣的手工計算，又體現了帶有刀具半徑補償程序的靈活
性。

自動生成的NC代碼加工程序如下：%

OOOOO
（PROGRAM NAME-EX1）
（DATE＝DD―MM―YY―11―04―00 TIME＝HH：MM―15：29）
（12.END_MILL_FLAT TOOL―1 DIA.OFF.―21 LEN.―1 DIA.―12.）
N100G21
N102G0G40G49G80G90
N104T1M6
N106G0G90G55X―6.Y25.S600M3
N108G43H1Z7.M8
N110G1Z―10.F15
N112Y135.
N114G2X0.Y141.I6.
N116G3X19.Y160.J19.
N118G2X25.Y166.I6.
N120G1X75.
N122G2X81.Y160.J―6.
N124G3X100.Y141.I19. N126G2X106.Y135.J―6.
N128G1Y25.
N130G2X100.Y19.I―6.
N132G3X81.Y0.J―19.
N134G2X75.Y―6.I―6.
N136G1X25.
N138G2X19.Y0.J6.
N140G3X0.Y19.I―19.
N142G2X―6.Y25.J6.
N144G0Z1.
N146M5
N148G91G28Z0.M9
N150M30
%

3.2 以圓弧插補功能代替直線逼近

在曲面加工中，CAM一般以直線逼近生成零件加工程序。如果是對稱形狀，則一般只出第一象限的曲面加工程序，其余象限的加工用系統的鏡象功能解決。就是第一象限的程序有時也很長，超過了系統的內存。筆者曾遇到一個程序超出系統內存，若擴大內存，則需投資4～5萬元，而且以后的利用率很低；若分段加工則效率低。曲線是在G18平面內，改用圓弧逼近輪廓，程序段數量大幅下降，內存還有剩余。但程序中Z軸需進行刀具長度補償和刀具半徑補償，操作者要查看系統有否此功能。

3.3 利用系統的簡化編程功能

系統提供了大量的簡化編程功能，如固定循環、刀具補償、輪廓直接編程、比例縮放和鏡象、坐標旋轉、典型形狀（圓周、矩陣）孔位描述計算、規則形狀（圓形、矩形）挖腔、不規則形狀挖腔、帶孤島型挖腔等功能。若CAM的后置處理，能按這些功能處理出零件加工程序，則可大大縮短程序。

例如曲面加工，只編出一個象限的加工程序，利用系統的鏡象功能加工其余象限，則程序為原來的1/4。在鏈輪等重復形狀的輪廓加工中，用CAM編出一個形狀的輪廓，其余用旋轉功能，程序縮短的更可觀。又如矩形腔的挖腔程序，多刀多層切削程序較長，若能處理成挖腔宏指令，則只需一段程序便能完成整個挖腔加工。

3.4 發揮系統空間刀具半徑補償功能

對曲面，CAM一般生成刀心直線運動的加工程序。曲面加工一般用球頭刀，若要改變刀具則必須改變程序，給加工帶來不便。如果系統有空間三維刀具半徑補償功能，則CAM可以按曲面生成程序，并同時生成刀心矢量，實際的刀心位置由系統按刀心矢量計算。這樣，刀具半徑大小在一定范圍內可調，給加工帶來方便。

3.5 利用系統的用戶宏程序功能，縮短非圓曲線輪廓、空間曲線甚至曲面的加工程序

以非圓曲線輪廓為例，CAM一般生成直線逼近程序。在加工中，若要改變步長，則需重新編程而且程序較長（成百上千段程序）。對程序正確性的檢驗，只能靠圖形顯示或實際切削，變化很不方便。

CAM若能按系統的宏程序格式生成系統的宏程序，加工程序則由系統自動生成。筆者遇到一例：輪廓由二段擺線和一段包絡線組成，先是用CAM編出的程序，又是直線又是圓弧而且很長，加工程序段約千段。后改用宏程序編程，而宏程序僅幾十段，調整修改都非常方便。經比較，操作者選用了宏程序編輯的程序。而且，當產品有幾個規格，又做了賦值程序，只需輸入幾個關鍵尺寸便可改變尺寸的輸入值。宏程序是通用的，深受操作者歡迎。

3.6 利用子程序功能簡化編程

用CAM編制子程序加工程序，由數控系統編制主程序和子程序調用功能。子程序中有大量的數值計算工作量，由CAM來完成。主程序多調用指令用手工編程，這樣程序靈活且編程工作量又不大。

4 結束語

綜上所述，數控系統的編程功能有基本指令，如輪廓描述的直線與圓弧指令，簡化指令，固定循環、刀補功能，比例縮放與鏡象，坐標旋轉功能，宏指令等，還有用戶宏程序功能。CAM一般按基本指令編制零件加工程序，有的用部分簡化指令，如固定循環等，未能充分發揮數控系統的功能。如果使用者能對CAM 編制的零件加工程序進行優化，將數控系統的高級功能與CAM相結合，則可編制出優良的加工程序。