在零件加工尤其是復合加工中，目前手工編程方式依舊普遍存在。針對比較復雜的零件，手工編程主要是應用宏程序的方式來進行。談到宏程序我們就應該關注歷屆全國數控大賽。全國數控大賽由勞動和社會保障部、教育部、國防科學技術委員會、中華全國總工會、中國機械工業聯合會聯合舉辦，堪稱數控奧林匹克，大賽試題引領著數控應用的高端技術。第三屆全國數控大賽已經于2008 年10 月在大連圓滿結束，但大賽中的很多東西還值得我們學習探討。圖1 是大賽數車實操實體裝配圖：

圖1 第3 屆全國數控大賽數控車實體裝配圖

    由圖1可知本題涉及到了軸、套、盤三類零件，幾何形狀涉及到了非圓弧曲面、V 形槽、錐度、直槽等等，這里就不一一列舉。本文著重分析針對非圓弧曲面的傳統手工宏程序編程和應用CAM 軟件進行的新型編程方法。

1.傳統加工法（宏程序編程法）

    在這里大家可能會覺得奇怪，宏程序編程怎么會叫傳統呢，同行人都知道宏程序在數控加工編程中是最困難的一種編程方法，因為它涉及到了C 語言知識、加工工藝知識、實操經驗等，可以說它是一種勞動密集型和智慧密集型的結晶。但這里我還是稱它為傳統，因為宏程序是你不借助任何輔助CAM 軟件，直接手工編制出宏程序就可以將零件加工到尺寸要求。圖2為零件加工特征尺寸。

圖2 零件加工特征尺寸

    1.1 雙曲線特征編程

    宏程序為：

    G0X100.0 Z1.0;（快速定位到待加工點，對刀時加工雙曲線的35 度外圓尖刀以雙曲線右端X 值為63.886處對Z 向為零點）
    G1X63.886F0.1;
    #101=12.075;（定義曲線方程的Z 值）
    N100#102=-9*SQRT[1+#101*#101/56.25]+49;（定義曲線方程的X 值）
    #103=#101-12.075;（定義加工中工件坐標系的Z 值變化）
    #104=#102*2.0;（定義加工中工件坐標系的X 值變化）
    G1X#104Z#103F0.1;（通過走直線的方式來逼近非圓弧曲線）
    #101=#101-0.1;（加工時Z 向步距為0.1）
    IF[#101GE-12.075]GOTO100;（如果沒有加工到雙曲線的Z 終點12.075 處，就跳轉到N100 處，繼續加工，直到加工完畢為止）
    G1X100.0Z1.0;（退刀）
    G0X200.0Z100.0;（回安全點）
    M1;（程序單段停止）

    我這里所編的宏程序在現實加工中根據工藝的安排順序有兩種用法：
    1）用35 度或55 度外圓車刀直接加工，可以直接用G73 或G71 調用宏程序；
    2）不用G71 或G73 調用，直接用宏程序加工，但這樣必須在用宏程序加工之前，用外切槽刀對雙曲線進行粗加工，粗加工時可以先切槽，在用外圓刀走R14.5 的始末兩點圓弧，最后用宏程序加工雙曲線。

    1.2 圓弧面上的圓弧螺旋槽
    該螺旋槽走勢為一條導程為8mm 的螺紋線，但它不是螺紋，而是一個R3 的圓弧順著螺紋線纏繞于圓弧面上的一條特殊的螺旋弧槽。

    宏程序為：
    #1=1.（刀寬）
    #3=81.（大經）
    #4=10.（起點Z）
    #5=0（起始層次）
    #2=[8.-#1]-[0.072*#5]（Z 向加工寬度）
    N10#6=#4-[#5*0.036]（Z 軸偏移）
    #3=81.-[#5*0.2]（X 軸偏移）
    N 20G 0X90.Z#6.
    G0X#3
    G32Z-10.F8.0（導程8mm）
    G0X90.
    Z#6
    #6=#6-0.2（每一層中Z 軸偏移量減刀寬尺寸）
    #2=#2-0.2（每一層中Z 向終點判別）
    IF[#2GT0]GOTO20
    #6=#4-[8-#1]+[0.036*#5]（每一層中Z 軸最終尺寸）
    G0X90.Z#6.
    G0X#3
    G32Z-10.F8.0
    G0X90.Z#6
    #5=#5+1.（層次加1）
    #2=[8.0-#1]-[0.072*#5]（下一層加工寬度Z 向）
    IF[#2GT3.0]GOTO10（終點判別）
    G0X100.
    Z0.
    M1

    宏程序中用到了幾個公共變量，按常理說公共變量不會影響到數控機床系統內部設定的系統變量，但我們應該根據現場情況靈活處理，比如說雙通道的數控機床（哈挺QTT65、DMG Twin42 等）可能單獨運行宏程序模塊時會產生報警，因為宏程序變量和系統內部變量發生沖突，這時我們可以做以下更改：打開機床面板-手輪調到編輯模式-可寫入打開（把WRITE 參數0 改為1）-搜索到參數6000-把6000 下排的第五位參數改為1；假如我們的機床是單通道的可以無需任何更改直接運行。

2.GibbsCAM 軟件編程方法

    GibbsCAM 是Cimatron 公司旗下的一款面向零件加工，尤其是車銑復合領域的CAM 加工方案，其最大的特點是界面簡潔，易學易用，操作模式和我們的工藝習慣非常一致。

    2.1 雙曲線特征編程

    借助GibbsCAM 加工這種非圓弧曲面會讓加工變得輕松簡單。軟件自動提取出車加工所用輪廓，并應用加工標記，定義想要加工區域的起始點和終止點即可。見圖2 所示。注意圖3采用的是下刀塔刀具加工(哈挺TT65 雙刀塔機床)，所以雖然選擇加工對象為X 正向，但由它生成的切削軌跡會自動對用到X 負向，以適應下刀塔刀具的加工。

圖3 GibbsCAM 切槽粗加工

    粗加工－選擇寬為3mm 的切槽刀，工程序由計算機自動生成，轉速S1200、進給量F0.1，加工時間為34秒。

    G0G 99Z -48.31M264
    X85.
    G1X68.303F.05
    G0X85.
    Z-50.31
    G1X58.1F.1
    G0X85.
    Z-53.23
    G1X 58.1
    G0X85.
    G0G99Z-87.506M8
    G1X63.986F .05
    G0X85.
    Z-90.341
    G1X63.986F .1
    G0X85.
    Z-93.175
    G1X 63.986
    G0X85.
    Z-95.8
    G1X 67.488
    G0X85.
    Z-98.424
    G1X70.991
    G0X85.
    Z-101.049
    G1X74.493
    G0X85.
    Z-103.673
    G1X77.995
    G0X85.
    Z-106.298
    G1X81.498
    G0X85.
    G97S 2000
    G0G99Z-87.456M8
    G1X85.004F .04
    X63.886
    Z-93.225
    X86.528Z -110.192
    G0X85.
    M9
    M5
    M98P1（回安全換刀點）
    M1

 精加工采用3mm 切槽刀，轉速S1800、進給量F0.04，加工時間為31 秒。具體NC 代碼忽略。

    2.2 螺旋圓弧槽加工法

    用GibbsCAM 軟件編程只需控制一條線段就可以編出想要的螺旋槽走刀軌跡，如圖4所示：

圖4 GibbsCAM 纏繞加工螺旋圓弧槽

    此處應用GibbsCAM 軟件體現出極大的優越性。只需在YZ 面上取一條螺旋線的展開圖，然后針對此平面上的直線進行最簡單的 2.5 軸編程，并對應應用GibbsCAM 纏繞加工(Rotary Milling)就可以生成預期的加工軌跡（圖中紅線）。有人可能會質疑說由 CAM 軟件生成的G 代碼都比較長，而如果機床內存太小，帶來加工的不便。然而恰恰相反，針對此螺旋圓弧槽，下面是GibbsCAM 生成的加工G 代碼：

    G0G 98Y0.Z-55.474
    X85.
    M5
    M23
    G19
    M51S2500
    C-115.607
    X84.
    G1X76.F100.
    X82.567 -86.695C1317.03F111.004
    G0X84.
    X85.
    M16
    M9
    M55
    M98P 1
    M1

    加工參數S2500，進給量由軟件計算生成，比如說你給F80 的進給量，軟件通過計算最后輸出F111.004的進給量，因為該螺旋槽不是普通螺旋槽（公司的很多零件外殼面上的三條螺旋槽），此處的螺旋槽是一個半徑為3mm 的圓弧順著一條導程為8mm 的螺紋線纏繞在半徑100mm 的圓弧面上而組成的螺旋弧槽，比如當加工螺紋時，只給出主軸轉速，進給量由數控機床里的脈沖編碼器通過對螺距和轉速的編譯而控制，所以此處加工螺旋弧槽進給量是由軟件計算得出，加工時間為12 分44 秒。

3.結語

    本文通過針對第三屆全國數控大賽的一道試題，講解了如何應用手工宏程序編制方法，以及應用CAM軟件的智能編程方法。兩種情況都在現實加工中普遍存在。但隨著企業信息化技術的提升，CAM 軟件作為數控高效加工的一個平臺，結合自身情況有效的利用它，可以極大的簡化編程難度，提高生產效率。近些年在銑削加工包括五軸銑削方面的CAM 技術應用越來越成熟，但在復合加工方面，目前還是手工編程居多。希望本文對此領域的加工技術感興趣的朋友有所裨益。