数控编程的基本过程

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数控（Numerical Control，NC）的定义是：用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控加工是计算机辅助设计与制造技术中最能明显发挥效益的生产环节之一。它不仅大大提高了具有复杂型面的产品的制造能力和制造效率，而且保证产品能达到极高的加工精度和加工质量。 . }- U& C# w+ e# z; F

数控加工技术集传统的机械制造、计算机、现代控制、传感检测、信息处理、光机电技术于一体，是现代机械制造技术的基础。它的广泛应用，给机械制造业的生产方式及产品结构带来了深刻的变化。数控技术的水平和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。 1 ? o- e# y4 _$ J! O9 M

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数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（Cutter Location，CL点）。CATIA提供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。对于不同的加工类型，CATIA V5的数控编程过程都需经过获取零件模型、加工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控刀路、检验数控刀路和生成数控程序七个步骤。其流程如下图所示。 $ D! M$ \$ |( v4 h* E

（1）建立或者获取零件模型。零件的CAD模型是数控编程的前提和基础，CATIA数控程序的编制必须有CAD模型作为加工对象。CATIA是具有强大的CAD系统，用户可以通过模块之间的切换，在零件设计、曲面造型等模块中建立所需的零件CAD模型，完成后再切换到相应的数控加工模块中。CATIA也具有健壮的数据转换接口，用户可以首先将其他CAD系统所建立的零件模型转换为公共的数据转换格式，如iges、step等，再导入CATIA中并得到零件模型。 $ i* {& L+ _& @

（2）加工工艺分析及规划。加工工艺分析和规划在很大程度上决定了数控程序的质量，主要是确定加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主轴转速和切削进给等项目。加工工艺分析和规划主要包括以下内容。

●加工对象的确定：通过对模型的分析，确定工件的哪些部位需要在数控铣床上或者数控加工中心加工。数控铣加工的工艺适应性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的，应使用线切割或者电加工来加工；而某些加工内容可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工可以使用钻床、回转体加工可以用车床来加工。 * v+ }; i, N" h1 u! |1 \2 x

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●加工区域规划：即对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成若干个加工区域。对加工区域进行合理规划，可以达到提高加工效率和加工质量的目的。 2 o: |) ~; i0 C2 t6 o

●加工工艺路线规划：从粗加工到精加工，再到清根加工的加工流程规划，以及加工余量分配。

●加工工艺和加工方式确定：如刀具选择、加工工艺参数和切削方式的选择等。 " l9 ~1 e: @( n4 g# b; P

（3）完善零件模型。由于CAD造型人员更多地考虑零件设计的方便性和完整性，较少顾及零件模型对CAM加工的影响，所以要根据加工对象的确定及加工区域划分对模型做一些完善。零件模型的完善通常有以下一些内容。

●确定坐标系。坐标系是加工的基准，将坐标系定位在适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。 , G* \) n$ P! E: x, ]

●清理隐藏对加工不产生影响的元素。

●修补部分曲面。对于因有不加工部位存在而造成的曲面空缺部位，应该补充完整。如钻孔的曲面，在狭小的凹槽部位等，应该将这些曲面重新做完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。 7 w( A# G8 {- _* x

●增加安全曲面。

●对轮廓曲线进行修整。对于通过公共数据转换格式得到的零件CAD模型，看似光滑的曲线可能存在断点，看似一体的曲面在连接处可能不相交，这样可以通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线。

●构建刀路限制边界。需要使用边界来限制加工范围的加工区域，先构建出边界   曲线。

（4）设置加工参数。参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CATIA进行数控编程的主要操作内容，直接影响生成的数控程序质量。参数设置的内容主要有以下几个方面。 ) E2 \ P) a, @7 E$ u0 h8 |

●设置加工对象：用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯和避让区域等。

●设置切削方式：指定刀轨的类型及相关参数。 X U% p6 z# X

●设置刀具及机械参数：针对每一个加工工序选择适合的加工刀具并在CATIA中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、切削液控制等。 2 C) R+ T F1 z8 D

●设置加工程序参数：包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等的设置。这是参数设置中最主要的内容之一。 $ Z9 {: M+ @" W7 o0 O2 z3 q

（5）生成数控刀路。在完成参数的设置后，CATIA将自动进行刀轨的计算。

（6）检验数控刀路。为确保数控程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀路是否有明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。对检查中发现的问题，应该调整参数的设置，再重新进行计算、校验，直到准确无误。 5 H& B) Z9 W8 N* C# j2 g; W

（7）生成数控程序。前面生成的只是数控刀轨，还需要将刀轨以规定的标准格式转换为数控代码并输出保存。数控程序文件可以用记事本进行打开。在生成数控程序后，还需要检查这个程序文件，特别对程序及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。数控程序文件可以通过传输软件传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。 【MechNet】

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