多軸編程如何展開曲線

1. 數控車床如何加工非圓曲線

普通數控車床的數控系統內存有限，計算功能不足，在擬合加工曲線時，一般只能採用直線插補和圓弧插補兩種方式。因此，用普通數控車床加工母線為非圓曲線的工件時較為困難，尤其對於一些母線較復雜而對形狀精度要求較高的非圓曲線工件，其加工難度更大。為簡化母線為非圓曲線工件的加工程序編制，提高對該類工件的加工准確性和適應性，以下提出一種針對母線為非圓曲線工件的准確加工方法，並編制了相應的通用加工程序生成軟體，經在數控車床上實際應用，效果良好。
以下是加工非圓曲線的一些方法：
1.1 選擇圓弧插補方式 在選擇加工曲線插補方式時，由於直線插補方式的曲線劃分段數必須足夠多才能保證較高加工精度，因此佔用內存較大。為兼顧對各種加工曲線的通用性，合理利用內存，保證較高加工精度，採用圓弧插補方式比較有利。

1.2 以等弦長曲線內各微曲線的平均曲率半徑作為插補圓半徑 曲線上某點的曲率圓與曲線在該點具有相同的切線和曲率。用劃分好的各曲線段的曲率半徑作為圓弧插補半徑，可使圓弧插補半徑始終與曲線的彎曲程度較好吻合，從而保證較高的插補精度。因此，求取准確的曲率半徑是保證插補准確性的關鍵。若以等坐標長對曲線進行劃分，則對於沿該坐標不均勻變化的曲線，其在不同坐標點的曲線形狀變化對曲率准確性的影響不容忽視。為此，我們採用了沿曲線走向以等弦長進行曲線劃分的方法。由於該段曲線是以經過再細分的許多微線段的平均曲率半徑作為其曲率半徑，所以即使對於起伏較大、變化很不均勻的曲線，也能獲得較好的擬合效果。其實現方法為藉助計算機快速、准確的運算能力，用極小的遞增量劃分曲線並計算各段微曲線的曲率半徑，將所得點到起點的直線距離與指定長度相比較，一旦達到規定的弦長長度時即產生一個插補點，計算出該段所有微曲線的平均曲率半徑並將其作為圓弧插補半徑。然後再將該點作為新一段曲線段的起點，尋找下一個插補點。如此類推，直至將整條曲線劃分完畢。微曲線各點的曲率半徑pi和各等弦長曲線段的平均曲率半徑p可通過各微曲線段端點的一階導數y'和二階導數y" 計算求得曲線段內微曲線段的段數。

加工精度要求較高的工件時，應採用較小的弦長進行劃分，以增加插補點，提高曲線擬合精度。當然，具體操作時需對數控系統內存和工藝要求進行綜合考慮，以求達到最佳加工效果。

2. 四軸加工中心和三軸的有什麼不同怎麼編程

一、區別如下：

1、結構不同

三軸立式數控加工中心是三條不同方向直線運動的軸，分別是上下、左右和前後，上下的方向是主軸，可以高速旋轉；四軸立式加工中心是在三軸的基礎上增加了一個旋轉軸，即水平面可以360度旋轉，不可以高速旋轉。

2、使用范圍不同

三軸加工中心加工中心使用最為廣泛，三軸加工中心能進行簡單的平面加工，而且一次只能加工單面，三軸加工中心可以很好的加工、鋁制、木質、消失模等材質。

四軸加工中心的使用較三軸加工中心少一些，它通過旋轉可以使產品實現多面的加工，大大提高了加工效率，減少了裝夾次數。尤其是圓柱類零件的加工多方便。並且可以減少工件的反復裝夾，提高工件的整體加工精度，利於簡化工藝，提高生產效率。縮短生產時間。

二、編程方法：

1、分析零件圖樣

根據零件圖樣，通過對零件的材料、形狀、尺寸和精度、表面質量、毛坯情況和熱處理等要求進行分析，明確加工內容和耍求，選擇合適的數控機床。

此步驟內容包括：

1）確定該零件應安排在哪類或哪台機床上進行加工。

2）採用何種裝夾具或何種裝卡位方法。

3）確定採用何種刀具或採用多少把刀進行加工。

4）確定加工路線，即選擇對刀點、程序起點（又稱加工起點，加工起點常與對刀點重合）、走刀路線、程序終點（程序終點常與程序起點重合）。

5）確定切削深度和寬度、進給速度、主軸轉速等切削參數。

2、確定工藝過程

在分析零件圖樣的基礎上，確定零件的加工工藝(如確定定位方式、選用工裝夾具等)和加工路線(如確定對刀點、走刀路線等)，並確定切削用量。工藝處理涉及內容較多，主要有以下幾點：

1）加工方法和工藝路線的確定 按照能充分發揮數控機床功能的原則，確定合理的加工方法和工藝路線。

2）刀具、夾具的設計和選擇 數控加工刀具確定時要綜合考慮加工方法、切削用量、工件材料等因素，滿足調整方便、剛性好、精度高、耐用度好等要求。數控加工夾具設計和選用時，應能迅速完成工件的定位和夾緊過程，以減少輔助時間。

並盡量使用組合夾具，以縮短生產准備周期。此外，所用夾具應便於安裝在機床上，便於協調工件和機床坐標系的尺寸關系。

3）對刀點的選擇 對刀點是程序執行的起點，選擇時應以簡化程序編制、容易找正、在加工過程中便於檢查、減小加工誤差為原則。

對刀點可以設置在被加工工件上，也可以設置在夾具或機床上。為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上。

4）加工路線的確定 加工路線確定時要保證被加工零件的精度和表面粗糙度的要求；盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程；有利於簡化數值計算，減少程序段的數目和編程工作量。

5）切削用量的確定 切削用量包括切削深度、主軸轉速及進給速度。切削用量的具體數值應根據數控機床使用說明書的規定、被加工工件材料、加工內容以及其它工藝要求，並結合經驗數據綜合考慮。

6）冷卻液的確定 確定加工過程中是否需要提供冷卻液、是否需要換刀、何時換刀。

由於數控加工中心上加工零件時.工序十分集中.在一次裝夾下，往往需要完成粗加工、半精加工和精加工。在確定工藝過程時要周密合理地安排各工序的加工順序，提高加工精度和生產效率。

3、數值計算

數值計算就是根據零件的幾何尺寸和確定的加工路線，計算數控加工所需的輸入數據。一般數控系統都具有直線插補、圓弧插補和刀具補償功能。對形狀簡單的零件(如直線和圓弧組成的零件)的輪廓加工，計算幾何元素的起點、終點，圓弧的圓心、兩元素的交點或切點的坐標值等。

對形狀復雜的零件(如非圓曲線、曲面組成的零件)，用直線段或圓弧段通近，由精度要求計算出節點坐標值。這種情況需要藉助計算機，使用相關軟體進行計算。

4、編寫加工程序

在完成工藝處理和數學處理工作後，應根據所使用機床的數控系統的指令、程序段格式、工藝過程、數值計算結果以及輔助操作要求，按照數控系統規定的程序指令及格式要求，逐段編寫零件加工程序。

編程前，編程人員要了解數控機床的性能、功能以及程序指令，才能編寫出正確的數控加工程序。

5、程序輸入

把編寫好的程序，輸入到數控系統中，常用的方法有以下兩種：

1）在數控銑床操作面板上進行手工輸入；

2）利用DNC(數據傳輸)功能，先把程序錄入計算機，再由專用的CNC傳輸軟體.把加工程序輸入數控系統.然後再調出執行.或邊傳輸邊加工。

6、程序校驗

編制好的程序，必須進行程序運行檢查。加工程序一般應經過校驗和試切削才能用於正式加工。可以採用空走刀、空運轉畫圖等方式以檢查機床運動軌跡與動作的正確性。

在具有圖形顯示功能和動態模擬功能的數控機床上或CAD/CAM軟體中，用圖形模擬刀具切削工件的方法進行檢驗更為方便。但這些方法只能檢驗出運動軌跡是否正確，不能檢查被加工零件的加工精度。

3. 數控機床編程

數控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機床就具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，並在復雜零件的批量生產中發揮 了良好的經濟效果。
「CNC」是英文Computerized Numerical Control（計算機數字化控制）的縮寫。數控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(主軸轉數、進給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉、反轉、切削液開、關等)，按照數控機床規定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內容記錄在控制介質上(如穿孔紙帶、磁帶、磁碟、磁泡存儲器)，然後輸入到數控機床的數控裝置中，從而指揮機床加工零件。
這種從零件圖的分析到製成控制介質的全部過程叫數控程序的編制。數控機床與普通機床加工零件的區別在於數控機床是按照程序自動加工零件，而普通機床要由人來操作，我們只要改變控制機床動作的程序就可以達到加工不同零件的目的。因此，數控機床特別適用於加工小批量且形狀復雜要求精度高的零件。
由於數控機床要按照程序來加工零件，編程人員編制好程序以後，輸入到數控裝置中來指揮機床工作。程序的輸入是通過控制介質來的。
數控車程序可以分成程序開始、程序內容和程序結束三部分內容。
第一部分 程序開始部分
主要定義程序號，調出零件加工坐標系、加工刀具，啟動主軸、打開冷卻液等方面的內容。
數控程序
主軸最高轉速限制定義G50 S2000，設置主軸的最高轉速為2000RPM，對於數控車床來說，這是一個非常重要的指令。
坐標系定義如不作特殊指明，數控系統默認G54坐標系。
返回參考點指令G28 U0，為避免換刀過程中，發生刀架與工件或夾具之間的碰撞或干涉，一個有效的方法是機床先回到X軸方向的機床參考點，並離開主軸一段安全距離。
刀具定義G0 T0808 M8，自動調8號左偏刀8號刀補，開啟冷卻液。
主軸轉速定義G96 S150 M4，恆定線速度S功能定義，S功能使數控車床的主軸轉速指令功能，有兩種表達方式，一種是以r/min或rpm作為計量單位。另一種是以m/min為計量單位。數控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設置主軸轉速或切削速度。
G97：轉速指令，定義和設置每分鍾的轉速。
G96：恆線速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一樣的。
第二部分 程序內容部分
程序內容是整個程序的主要部分，由多個程序段組成。每個程序段由若干個字組成，每個字又由地址碼和若干個數字組成。常見的為G指令和M指令以及各個軸的坐標點組成的程序段，並增加了進給量的功能定義。
F功能是指進給速度的功能，數控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉進給量，即用mm/r單位表示，主要用於車加工的進給。另一種和數控銑床相同採用每分鍾進給量，即用mm/min單位表示。主要用於車銑加工中心中銑加工的進給。
第三部分 程序結尾部分
在程序結尾，需要刀架返回參考點或機床參考點，為下一次換刀的安全位置，同時進行主軸停止，關掉冷卻液，程序選擇停止或結束程序等動作。
回參考點指令G28U0為回X軸方向機床參考點，G0 Z300.0為回Z軸方向參考點。
停止指令M01為選擇停止指令，只有當設備的選擇停止開關打開時才有效；M30為程序結束指令，執行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數控程序和數控設備復位並回到加工前原始狀態，為下一次程序運行和數控加工重新開始做准備。
數控機床程序編制
一. 數控機床編程的方法
數控機床程序編制的方法有三種：即手工編程、自動編程和
加工中心CAD/CAM 。
1. 手工編程
由人工完成零件圖樣分析、工藝處理、數值計算、書寫程序清單直到程序的輸入和檢驗。適用於點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，但是，非常費時，且編制復雜零件時，容易出錯。
2. 自動編程
使用計算機或程編機，完成零件程序的編制的過程，對於復雜的零件很方便。
3. CAD/CAM
利用CAD/CAM軟體，實現造型及圖象自動編程。最為典型的軟體是Master CAM，其可以完成銑削二坐標、三坐標、四坐標和五坐標、車削、線切割的編程，此類軟體雖然功能單一，但簡單易學，價格較低。
二.數控機床程序編制的內容和步驟
1. 數控機床編程的主要內容
分析零件圖樣、確定加工工藝過程、進行數學處理、編寫程序清單、製作控制介質、進行程序檢查、輸入程序以及工件試切。
2. 數控機床的步驟
1) 分析零件圖樣和工藝處理
根據圖樣對零件的幾何形狀尺寸，技術要求進行分析，明確加工的內容及要求，決定加工方案、確定加工順序、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。
同時還應發揮數控系統的功能和數控機床本身的能力，正確選擇對刀點，切入方式，盡量減少諸如換刀、轉位等輔助時間。
2) 數學處理
編程前，根據零件的幾何特徵，先建立一個工件坐標系，
數控系統的功能根據零件圖紙的要求，制定加工路線，在建立的工件坐標繫上，首先計算出刀具的運動軌跡。對於形狀比較簡單的零件（如直線和圓弧組成的零件），只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點的坐標值。
3) 編寫零件程序清單
加工路線和工藝參數確定以後，根據數控系統規定的指定代碼及程序段格式，編寫零件程序清單。
4) 程序輸入
5) 程序校驗與首件試切
三.數控加工程序的結構
1. 程序的構成：由多個程序段組成。
O0001；O（FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%）機能指定程序號，每個程序號對應一個加工零件。
N010 G92 X0 Y0；分號表示程序段結束
N020 G90 G00 X50 Y60；
...；可以調用子程序。
N150 M05；
N160 M02；
2. 程序段格式：
1) 字地址格式：如N020 G90 G00 X50 Y60；
最常用的格式，現代數控機床都採用它。地址N為程序段號，地址G和數字90構成字地址為准備功能，...。
2) 可變程序段格式：如B2000 B3000 B B6000；
使用分割符B各開各個字，若沒有數據，分割符不能省去。常見於數控線切割機床，另外，還有3B編程等格式。
3) 固定順序程序段格式：如00701+0；
比較少見。其中的數據嚴格按照順序和長度排列，不得有
西門子系統控制的機器人誤，上面程序段的意思是：N007 G01 X+02500 Y-13400 F15 S30 M02；
零件圖的數學處理
零件圖的數學處理主要是計算零件加工軌跡的尺寸，即計算零件加工輪廓的基點和節點的坐標，或刀具中心輪廓的基點和節點的坐標，以便編制加工程序。
一．基點坐標的計算
一般數控機床只有直線和圓弧插補功能。對於由直線和圓弧組成的平面輪廓，編程時數值計算的主要任務是求各基點的坐標。
1. 基點的含義
構成零件輪廓的不同幾何素線的交點或切點稱為基點。基點可以直接作為其運動軌跡的起點或終點。
2. 直接計算的內容
根據填寫加工程序單的要求，基點直接計算的內容有：每條運動軌跡的起點和終點在選定坐標系中的坐標，圓弧運動軌跡的圓心坐標值。
基點直接計算的方法比較簡單，一般可根據零件圖樣所給的已知條件用人工完成。即依據零件圖樣上給定的尺寸運用代數、三角、幾何或解析幾何的有關知識，直接計算出數值。在計算時，要注意小數點後的位數要留夠，以保證足夠的精度。
二．節點坐標的計算
對於一些平面輪廓是非圓方程曲線Y=F（X）組成，如漸開線、阿基米德螺線等，只能用能夠加工的直線和圓弧去逼近它們。這時數值計算的任務就是計算節點的坐標。
1. 節點的定義
當採用不具備非圓曲線插補功能的數控機床加工非圓曲線輪廓的零件時，在加工程序的編制工作中，常用多個直線段或圓弧去近似代替非圓曲線，這稱為擬合處理。擬合線段的交點或切點稱為節點。
2. 節點坐標的計算
節點坐標的計算難度和工作量都較大，故常通過計算機完成，必要時也可由人工計算,常用的有直線逼近法（等間距法、等步長法、和等誤差法）和圓弧逼近法。
有人用AutoCAD繪圖，然後捕獲坐標點，在精度允許的范圍內，
發那科數控系統也是一個簡易而有效的方法．
培養目標：
本專業培養學生從事數控加工、機械產品設計與製造、生產技術管理方面的高等工程技術應用型人才。要求學生能在生產現場從事產品製造、開發工作，或在技術部門從事工藝、管理工作。主要培養學生數控編程、加工及數控車床、數控銑床、數控加工中心及其它數控設備的操作維修、維護方面的理論知識和專業知識。並能獲得國家勞動和社會保障部頒發的數控工藝員技術等級證書，車鉗工等級證書。
主幹課程設置：機械制圖及計算機繪圖，工程力學，機械設計，單片機原理及介面技術，機械製造技術基礎，電工電子基礎，電氣控制技術，數控機床控制技術和系統，數控機床原理及應用，數控機床編程與操作，CAD/CAM技術，機床夾具，數控機床維修技術。AUTOCAD平面繪圖,MASTERCAM三維設計,PRO/E實體造型。以及金工實訓，車鉗工實訓，數控車實訓 。
就業情況：
本專業畢業生主要面向珠三角外資大中型企事業單位及國有企事業單位的操作、銷售、工藝、設備維護等部門，主要培養數控機床操作人員、數控編程工藝人員、NC數控編程、數控設備維修人員、數控設備營銷人員。此外還能從事CAD/CAM軟體應用，數控系統或設備的銷售與技術服務工作，數控設備的安裝調試及維護，以及車間生產組織與管理等工作.NC數控編程，


編程技巧
科學技術的發展，導致產品更新換代的加快和人們需求的多樣化，產品的生產也趨向種類多樣化、批量中小型化。為適應這一變化，數控（NC）設備在企業中的作用愈來愈大。我校作為國家級重點職校，為順應時代潮流，重點建設數控專業，選購了BIEJING-FANUC Power Mate O數控車床。它與普通車床相比，一個顯著的優點是：對零件變化的適應性強，更換零件只需改變相應的程序，對刀具進行簡單的調整即可做出合格的零件，為節約成本贏得先機。但是，要充分發揮數控機床的作用，不僅要有良好的硬體，（如：優質的刀具、機床的精度等），更重要的是軟體：編程，即根據不同的零件的特點，編制合理、高效的加工程序。通過多年的編程實踐和教學，我摸索出一些編程技巧。
數控車床雖然加工柔性比普通車床優越，但單就某一種零件的生產效率而言，與普通車床還存在一定的差距。因此，提高數控車床的效率便成為關鍵，而合理運用編程技巧，編制高效率的加工程序，對提高機床效率往往具有意想不到的效果。

靈活設置參考點
BIEJING-FANUC Power Mate O數控車床共有二根軸，即主軸Z和刀具軸X。棒料中心為坐標系原點，各刀接近棒料時，坐標值減小，稱之為進刀；反之，坐標值增大，稱為退刀。當退到刀具開始時位置時，刀具停止，此位置稱為參考點。參考點是編程中一個非常重要的概念，每執行完一次自動循環，刀具都必須返回到這個位置，准備下一次循環。因此，在執行程序前，必須調整刀具及主軸的實際位置與坐標數值保持一致。然而，參考點的實際位置並不是固定不變的，編程人員可以根據零件的直徑、所用的刀具的種類、數量調整參考點的位置，縮短刀具的空行程。從而提高效率。

化零為整法
在低壓電器中，存在大量的短銷軸類零件，其長徑比大約為2~3，直徑多在3mm以下。由於零件幾何尺寸較小，普通儀表車床難以裝夾，無法保證質量。如果按照常規方法編程，在每一次循環中只加工一個零件，由於軸向尺寸較短，造成機床主軸滑塊在床身導軌局部頻繁往復，彈簧夾頭夾緊機構動作頻繁。長時間工作之後，便會造成機床導軌局部過度磨損，影響機床的加工精度，嚴重的甚至會造成機床報廢。而彈簧夾頭夾緊機構的頻繁動作，則會導致控制電器的損壞。要解決以上問題，必須加大主軸送進長度和彈簧夾頭夾緊機構的動作間隔，同時不能降低生產率。由此設想是否可以在一次加工循環中加工數個零件，則主軸送進長度為單件零件長度的數倍 ，甚至可達主軸最大運行距離，而彈簧夾頭夾緊機構的動作時間間隔相應延長為原來的數倍。更重要的是，原來單件零件的輔助時間分攤在數個零件上，每個零件的輔助時間大為縮短，從而提高了生產效率。為了實現這一設想，我電腦到電腦程序設計中主程序和子程序的概念，如果將涉及零件幾何尺寸的命令欄位放在一個子程序中，而將有關機床控制的命令欄位及切斷零件的命令欄位放在主程序中，每加工一個零件時，由主程序通過調用子程序命令調用一次子程序，加工完成後，跳轉回主程序。需要加工幾個零件便調用幾次子程序，十分有利於增減每次循環加工零件的數目。通過這種方式編制的加工程序也比較簡潔明了，便於修改、維護。值得注意的是，由於子程序的各項參數在每次調用中都保持不變，而主軸的坐標時刻在變化，為與主程序相適應，在子程序中必須採用相對編程語句。

減少刀具空行程
在BIEJING-FANUC Power Mate O數控車床中，刀具的運動是依靠步進電動機來帶動的，盡管在程序命令中有快速點定位命令G00，但與普通車床的進給方式相比，依然顯得效率不高。因此，要想提高機床效率，必須提高刀具的運行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完畢後退回參考點所運行的距離。只要減少刀具空行程，就可以提高刀具的運行效率。（對於點位控制的數控車床，只要求定位精度較高，定位過程可盡可能快，而刀具相對工件的運動路線是無關緊要的。）在機床調整方面，要將刀具的初始位置安排在盡可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根據零件的結構，使用盡可能少的刀具加工零件使刀具在安裝時彼此盡可能分散，在很接近棒料時彼此就不會發生干涉；另一方面，由於刀具實際的初始位置已經與原來發生了變化，必須在程序中對刀具的參考點位置進行修改，使之與實際情況相符，與此同時再配合快速點定位命令，就可以將刀具的空行程式控制制在最小范圍內從而提高機床加工效率。

優化參數，平衡刀具負荷，減少刀具磨損
波傳播的是疏密相間的運動形態。機械波是振動形式