浅析曲面图形数控加工宏程序编程与CAM编程

涂志标 赵晓运

（台州学院机械工程学院，浙江台州 318000）

曲面加工在精密制造领域占有很重要的地位，通常采用数控编程的方法来完成。在数控加工中，数控编程的方法一般有两种：手工编程和自动编程。不同的加工对象，采用不同的编程方法，往往会有不同的效果。对于简单的曲面编程加工，采用宏程序编程（手工编程），具有明显的优势。

1 宏程序编程和CAM编程的特点

宏程序编程属于手工编程方法，其特点是包括分析零件图纸、制订加工工艺、运算刀具轨迹,编写零件加工程序等过程都是由人完成的.对于几何形状不太复杂的较简单的零件,计算较简单,编写的程序不多,采用手工较容易编程.对于形状复杂的零件,特别是对于具有规则曲面,手工编程也是具有很好的优势，此方法又称宏程序指令编程方法。宏程序指令编程是指用计算机高级语言（与计算机C语言相似）可以使用变量进行算术 运算(+、-、*、/)、逻辑运算(AND、OR、NOT)和函数(SIN、COS等)混合运算的程序编写形式。在宏程序编程形式中，一般都提供循环、判断、分支和子程序调用的方法，可用于编制各种复杂的零件加工程序。熟练应用宏程序指令 进行编程，可以显著地增强机床的加工能力，同时可精简程序量。

CAM编程属于自动编程方法，是在计算机上做好工艺设定,计算机自行进行数值计算,编写零件加工程序,并自动生成零件加工程序,最后利用CAM的后处理功能生出数控机床能读取的G代码程序，通过通讯接口将程序直接送到数控系统,控制机床进行加工.因此，其特点是数控程序编制工作的大部分或一部由计算机完成。CAM是CAD/CAM及CIMS的重要组成部分.从广义上讲包括:计算机辅助生产计划,计算机辅助工艺过程设计,计算机数控编程,计算机控制加工过程设计,计算机数控编程,计算机控制加工过程等内容。

2 宏程序编程和CAM编程的应用对比

如图1所示为一个简单的规则曲面图形，对于这样的图形用宏程序编程比CAM编程要简单方便。因为用宏程序可以对这样的图形编制一个母程序，对其同类图形只需改变其中一些参数，即可达到目的。

图1

O0001 G54 G90 G17 建立坐标系设定编程方式M6 T1 调用一号刀具G43 H1Z200 调用一号刀具M03 S3000 主轴开转#1=0 倒圆起始角度#2=90 倒圆终止角度#3=6 加工刀具半径WHILE[#1 LE #2]DO1 条件语句1#4=50 平面X向坐标#5=50 平面Y向坐标#6=10 倒圆角#7=10 平面圆角#8=[#6+#3]*[COS#1-1]倒圆Z向值的运算#9=[#6+#3]*SIN#1 倒圆X向补偿值的运算

#10=#7*SIN#1 平面圆角计算#13001=#9 刀具的补偿设定G00 X[#4+10]Y0 调整下刀点Z#8 Z向进刀G42 X[#4-#6]D#9 加刀具半径补偿G01 Y#5,R#10 F1500 辅助编程X-#4,R#10 辅助编程Y-#5,R#10 辅助编程X#4,R#10 辅助编程Y0 G40 G00 X[#4+10]取消刀具半径补偿#1=#1+1.5 END1 条件1结束G00Z200 快速抬刀M05 停转M30 程序结束

图2

图5

图2所包含的是一些宏程序中的赋值，这样的表达简洁易懂。在给出的程序中只需要根据具体尺寸修改#1至#7这几个赋值的数字就能得到这一类图形的加工程序。

对于加工过程中角度的计算,由宏程序铣削倒圆时增量值的计算方法的通用公式可以推算：即

其中R为倒角半径，r为刀具半径，Ra为表面粗糙度

例如，轮廓周边倒圆角R10，粗糙度要求为Ra1.6，加工刀具半径为r6则算出，θ≤1.775°这里θ取1.5°。

基于UG软件的CAM加工如图3和图4（刀具为φ12R6球铣刀）：

图3

图4

图3和图4所示是UG的CAM加工参数设置和生成的刀路，由此刀路可得到一个1600多步左右的程序（程序在这里因篇幅略去）。

3 宏程序编程和CAM编程的加工对比

3.1 加工时间的对比

两种编程方法对于加工时间可以用一个简单的计算公式来估算

其中：T为加工时间；L为每层加工的周长，单位为M；D为加工的次数；F为加工进给，单位为M/MIN。

根据所给公式可以大概算出，对于图1所示图形，宏程序编程的时间T1=0.4*60/1.5=16；CAM编程的时间T2=0.4*100/1.5=26.7。

3.2 编程时间的对比

对于单个零件，用宏程序编制的母程序，只需改动#1至#7这几个赋值就可以进行加工。用CAM编程，加工单个工件要分以下步骤：①根据图纸绘制三维零件；②制定加工工艺；③设定加工参数；④加工程序的输出。可以看出，加工一个零件，用宏程序编程所需时间对于用CAM编程所需时间具有明显优势。

3.3 加工精度的对比

比较上述两种编程加工方法,可以发现两种切削方式均为环切。所谓环切就是根据曲面的Z向值的变化而改变下刀深度,再根据相应的下刀深度走出曲面所对应的轮廓线。上述两种加工方法不同之处在于Z向的进给不同，宏程序编程用的是角度的调节，即运算#8=[#6+#3]*[COS#1-1]-#3，这里起调节作用的是COS#1。这样，Z向数值变化不是等值的，而是根据圆弧角度的曲率的变化而变化，令

求函数的导数可得到函数[#6+#3]*SINX，而SINX在区间[0，90]是单调递增。由此可以得出结论：函数F(X)在区间[0，90]的斜率是慢慢递增的。因此，越靠近0度的范围增速越缓慢，图5所示为COSX图形。在此情况下加工出来的图形才能反映出真实的圆度。而CAM加工则采用的是自上而下的匀层加工方法，从反映真实的圆度方面看，CAM编程加工不如宏程序编程加工。

4 结论

通过具体分析对比，对于简单曲面图形和复杂但较规则的曲面图形，采用宏程序编程进行数控加工具有较高的优越性。

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