多轴编程如何展开曲线

1. 数控车床如何加工非圆曲线

普通数控车床的数控系统内存有限，计算功能不足，在拟合加工曲线时，一般只能采用直线插补和圆弧插补两种方式。因此，用普通数控车床加工母线为非圆曲线的工件时较为困难，尤其对于一些母线较复杂而对形状精度要求较高的非圆曲线工件，其加工难度更大。为简化母线为非圆曲线工件的加工程序编制，提高对该类工件的加工准确性和适应性，以下提出一种针对母线为非圆曲线工件的准确加工方法，并编制了相应的通用加工程序生成软件，经在数控车床上实际应用，效果良好。
以下是加工非圆曲线的一些方法：
1.1 选择圆弧插补方式 在选择加工曲线插补方式时，由于直线插补方式的曲线划分段数必须足够多才能保证较高加工精度，因此占用内存较大。为兼顾对各种加工曲线的通用性，合理利用内存，保证较高加工精度，采用圆弧插补方式比较有利。

1.2 以等弦长曲线内各微曲线的平均曲率半径作为插补圆半径 曲线上某点的曲率圆与曲线在该点具有相同的切线和曲率。用划分好的各曲线段的曲率半径作为圆弧插补半径，可使圆弧插补半径始终与曲线的弯曲程度较好吻合，从而保证较高的插补精度。因此，求取准确的曲率半径是保证插补准确性的关键。若以等坐标长对曲线进行划分，则对于沿该坐标不均匀变化的曲线，其在不同坐标点的曲线形状变化对曲率准确性的影响不容忽视。为此，我们采用了沿曲线走向以等弦长进行曲线划分的方法。由于该段曲线是以经过再细分的许多微线段的平均曲率半径作为其曲率半径，所以即使对于起伏较大、变化很不均匀的曲线，也能获得较好的拟合效果。其实现方法为借助计算机快速、准确的运算能力，用极小的递增量划分曲线并计算各段微曲线的曲率半径，将所得点到起点的直线距离与指定长度相比较，一旦达到规定的弦长长度时即产生一个插补点，计算出该段所有微曲线的平均曲率半径并将其作为圆弧插补半径。然后再将该点作为新一段曲线段的起点，寻找下一个插补点。如此类推，直至将整条曲线划分完毕。微曲线各点的曲率半径pi和各等弦长曲线段的平均曲率半径p可通过各微曲线段端点的一阶导数y'和二阶导数y" 计算求得曲线段内微曲线段的段数。

加工精度要求较高的工件时，应采用较小的弦长进行划分，以增加插补点，提高曲线拟合精度。当然，具体操作时需对数控系统内存和工艺要求进行综合考虑，以求达到最佳加工效果。

2. 四轴加工中心和三轴的有什么不同怎么编程

一、区别如下：

1、结构不同

三轴立式数控加工中心是三条不同方向直线运动的轴，分别是上下、左右和前后，上下的方向是主轴，可以高速旋转；四轴立式加工中心是在三轴的基础上增加了一个旋转轴，即水平面可以360度旋转，不可以高速旋转。

2、使用范围不同

三轴加工中心加工中心使用最为广泛，三轴加工中心能进行简单的平面加工，而且一次只能加工单面，三轴加工中心可以很好的加工、铝制、木质、消失模等材质。

四轴加工中心的使用较三轴加工中心少一些，它通过旋转可以使产品实现多面的加工，大大提高了加工效率，减少了装夹次数。尤其是圆柱类零件的加工多方便。并且可以减少工件的反复装夹，提高工件的整体加工精度，利于简化工艺，提高生产效率。缩短生产时间。

二、编程方法：

1、分析零件图样

根据零件图样，通过对零件的材料、形状、尺寸和精度、表面质量、毛坯情况和热处理等要求进行分析，明确加工内容和耍求，选择合适的数控机床。

此步骤内容包括：

1）确定该零件应安排在哪类或哪台机床上进行加工。

2）采用何种装夹具或何种装卡位方法。

3）确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工。

4）确定加工路线，即选择对刀点、程序起点（又称加工起点，加工起点常与对刀点重合）、走刀路线、程序终点（程序终点常与程序起点重合）。

5）确定切削深度和宽度、进给速度、主轴转速等切削参数。

2、确定工艺过程

在分析零件图样的基础上，确定零件的加工工艺(如确定定位方式、选用工装夹具等)和加工路线(如确定对刀点、走刀路线等)，并确定切削用量。工艺处理涉及内容较多，主要有以下几点：

1）加工方法和工艺路线的确定 按照能充分发挥数控机床功能的原则，确定合理的加工方法和工艺路线。

2）刀具、夹具的设计和选择 数控加工刀具确定时要综合考虑加工方法、切削用量、工件材料等因素，满足调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。数控加工夹具设计和选用时，应能迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。

并尽量使用组合夹具，以缩短生产准备周期。此外，所用夹具应便于安装在机床上，便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系。

3）对刀点的选择 对刀点是程序执行的起点，选择时应以简化程序编制、容易找正、在加工过程中便于检查、减小加工误差为原则。

对刀点可以设置在被加工工件上，也可以设置在夹具或机床上。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。

4）加工路线的确定 加工路线确定时要保证被加工零件的精度和表面粗糙度的要求；尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程；有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程工作量。

5）切削用量的确定 切削用量包括切削深度、主轴转速及进给速度。切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定、被加工工件材料、加工内容以及其它工艺要求，并结合经验数据综合考虑。

6）冷却液的确定 确定加工过程中是否需要提供冷却液、是否需要换刀、何时换刀。

由于数控加工中心上加工零件时.工序十分集中.在一次装夹下，往往需要完成粗加工、半精加工和精加工。在确定工艺过程时要周密合理地安排各工序的加工顺序，提高加工精度和生产效率。

3、数值计算

数值计算就是根据零件的几何尺寸和确定的加工路线，计算数控加工所需的输入数据。一般数控系统都具有直线插补、圆弧插补和刀具补偿功能。对形状简单的零件(如直线和圆弧组成的零件)的轮廓加工，计算几何元素的起点、终点，圆弧的圆心、两元素的交点或切点的坐标值等。

对形状复杂的零件(如非圆曲线、曲面组成的零件)，用直线段或圆弧段通近，由精度要求计算出节点坐标值。这种情况需要借助计算机，使用相关软件进行计算。

4、编写加工程序

在完成工艺处理和数学处理工作后，应根据所使用机床的数控系统的指令、程序段格式、工艺过程、数值计算结果以及辅助操作要求，按照数控系统规定的程序指令及格式要求，逐段编写零件加工程序。

编程前，编程人员要了解数控机床的性能、功能以及程序指令，才能编写出正确的数控加工程序。

5、程序输入

把编写好的程序，输入到数控系统中，常用的方法有以下两种：

1）在数控铣床操作面板上进行手工输入；

2）利用DNC(数据传输)功能，先把程序录入计算机，再由专用的CNC传输软件.把加工程序输入数控系统.然后再调出执行.或边传输边加工。

6、程序校验

编制好的程序，必须进行程序运行检查。加工程序一般应经过校验和试切削才能用于正式加工。可以采用空走刀、空运转画图等方式以检查机床运动轨迹与动作的正确性。

在具有图形显示功能和动态模拟功能的数控机床上或CAD/CAM软件中，用图形模拟刀具切削工件的方法进行检验更为方便。但这些方法只能检验出运动轨迹是否正确，不能检查被加工零件的加工精度。

3. 数控机床编程

数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。
“CNC”是英文Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。
这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。
由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。
数控车程序可以分成程序开始、程序内容和程序结束三部分内容。
第一部分 程序开始部分
主要定义程序号，调出零件加工坐标系、加工刀具，启动主轴、打开冷却液等方面的内容。
数控程序
主轴最高转速限制定义G50 S2000，设置主轴的最高转速为2000RPM，对于数控车床来说，这是一个非常重要的指令。
坐标系定义如不作特殊指明，数控系统默认G54坐标系。
返回参考点指令G28 U0，为避免换刀过程中，发生刀架与工件或夹具之间的碰撞或干涉，一个有效的方法是机床先回到X轴方向的机床参考点，并离开主轴一段安全距离。
刀具定义G0 T0808 M8，自动调8号左偏刀8号刀补，开启冷却液。
主轴转速定义G96 S150 M4，恒定线速度S功能定义，S功能使数控车床的主轴转速指令功能，有两种表达方式，一种是以r/min或rpm作为计量单位。另一种是以m/min为计量单位。数控车床的S代码必须与G96或G97配合使用才能设置主轴转速或切削速度。
G97：转速指令，定义和设置每分钟的转速。
G96：恒线速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一样的。
第二部分 程序内容部分
程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址码和若干个数字组成。常见的为G指令和M指令以及各个轴的坐标点组成的程序段，并增加了进给量的功能定义。
F功能是指进给速度的功能，数控车床进给速度有两种表达方式，一种是每转进给量，即用mm/r单位表示，主要用于车加工的进给。另一种和数控铣床相同采用每分钟进给量，即用mm/min单位表示。主要用于车铣加工中心中铣加工的进给。
第三部分 程序结尾部分
在程序结尾，需要刀架返回参考点或机床参考点，为下一次换刀的安全位置，同时进行主轴停止，关掉冷却液，程序选择停止或结束程序等动作。
回参考点指令G28U0为回X轴方向机床参考点，G0 Z300.0为回Z轴方向参考点。
停止指令M01为选择停止指令，只有当设备的选择停止开关打开时才有效；M30为程序结束指令，执行时，冷却液、进给、主轴全部停止。数控程序和数控设备复位并回到加工前原始状态，为下一次程序运行和数控加工重新开始做准备。
数控机床程序编制
一. 数控机床编程的方法
数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和
加工中心CAD/CAM 。
1. 手工编程
由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。
2. 自动编程
使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。
3. CAD/CAM
利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件虽然功能单一，但简单易学，价格较低。
二.数控机床程序编制的内容和步骤
1. 数控机床编程的主要内容
分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。
2. 数控机床的步骤
1) 分析零件图样和工艺处理
根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。
同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。
2) 数学处理
编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，
数控系统的功能根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。
3) 编写零件程序清单
加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。
4) 程序输入
5) 程序校验与首件试切
三.数控加工程序的结构
1. 程序的构成：由多个程序段组成。
O0001；O（FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%）机能指定程序号，每个程序号对应一个加工零件。
N010 G92 X0 Y0；分号表示程序段结束
N020 G90 G00 X50 Y60；
...；可以调用子程序。
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，现代数控机床都采用它。地址N为程序段号，地址G和数字90构成字地址为准备功能，...。
2) 可变程序段格式：如B2000 B3000 B B6000；
使用分割符B各开各个字，若没有数据，分割符不能省去。常见于数控线切割机床，另外，还有3B编程等格式。
3) 固定顺序程序段格式：如00701+0；
比较少见。其中的数据严格按照顺序和长度排列，不得有
西门子系统控制的机器人误，上面程序段的意思是：N007 G01 X+02500 Y-13400 F15 S30 M02；
零件图的数学处理
零件图的数学处理主要是计算零件加工轨迹的尺寸，即计算零件加工轮廓的基点和节点的坐标，或刀具中心轮廓的基点和节点的坐标，以便编制加工程序。
一．基点坐标的计算
一般数控机床只有直线和圆弧插补功能。对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。
1. 基点的含义
构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。
2. 直接计算的内容
根据填写加工程序单的要求，基点直接计算的内容有：每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标，圆弧运动轨迹的圆心坐标值。
基点直接计算的方法比较简单，一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算出数值。在计算时，要注意小数点后的位数要留够，以保证足够的精度。
二．节点坐标的计算
对于一些平面轮廓是非圆方程曲线Y=F（X）组成，如渐开线、阿基米德螺线等，只能用能够加工的直线和圆弧去逼近它们。这时数值计算的任务就是计算节点的坐标。
1. 节点的定义
当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线，这称为拟合处理。拟合线段的交点或切点称为节点。
2. 节点坐标的计算
节点坐标的计算难度和工作量都较大，故常通过计算机完成，必要时也可由人工计算,常用的有直线逼近法（等间距法、等步长法、和等误差法）和圆弧逼近法。
有人用AutoCAD绘图，然后捕获坐标点，在精度允许的范围内，
发那科数控系统也是一个简易而有效的方法．
培养目标：
本专业培养学生从事数控加工、机械产品设计与制造、生产技术管理方面的高等工程技术应用型人才。要求学生能在生产现场从事产品制造、开发工作，或在技术部门从事工艺、管理工作。主要培养学生数控编程、加工及数控车床、数控铣床、数控加工中心及其它数控设备的操作维修、维护方面的理论知识和专业知识。并能获得国家劳动和社会保障部颁发的数控工艺员技术等级证书，车钳工等级证书。
主干课程设置：机械制图及计算机绘图，工程力学，机械设计，单片机原理及接口技术，机械制造技术基础，电工电子基础，电气控制技术，数控机床控制技术和系统，数控机床原理及应用，数控机床编程与操作，CAD/CAM技术，机床夹具，数控机床维修技术。AUTOCAD平面绘图,MASTERCAM三维设计,PRO/E实体造型。以及金工实训，车钳工实训，数控车实训 。
就业情况：
本专业毕业生主要面向珠三角外资大中型企事业单位及国有企事业单位的操作、销售、工艺、设备维护等部门，主要培养数控机床操作人员、数控编程工艺人员、NC数控编程、数控设备维修人员、数控设备营销人员。此外还能从事CAD/CAM软件应用，数控系统或设备的销售与技术服务工作，数控设备的安装调试及维护，以及车间生产组织与管理等工作.NC数控编程，


编程技巧
科学技术的发展，导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化，产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化，数控（NC）设备在企业中的作用愈来愈大。我校作为国家级重点职校，为顺应时代潮流，重点建设数控专业，选购了BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床。它与普通车床相比，一个显著的优点是：对零件变化的适应性强，更换零件只需改变相应的程序，对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件，为节约成本赢得先机。但是，要充分发挥数控机床的作用，不仅要有良好的硬件，（如：优质的刀具、机床的精度等），更重要的是软件：编程，即根据不同的零件的特点，编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学，我摸索出一些编程技巧。
数控车床虽然加工柔性比普通车床优越，但单就某一种零件的生产效率而言，与普通车床还存在一定的差距。因此，提高数控车床的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

灵活设置参考点
BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴，即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点，各刀接近棒料时，坐标值减小，称之为进刀；反之，坐标值增大，称为退刀。当退到刀具开始时位置时，刀具停止，此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念，每执行完一次自动循环，刀具都必须返回到这个位置，准备下一次循环。因此，在执行程序前，必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而，参考点的实际位置并不是固定不变的，编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置，缩短刀具的空行程。从而提高效率。

化零为整法
在低压电器中，存在大量的短销轴类零件，其长径比大约为2~3，直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小，普通仪表车床难以装夹，无法保证质量。如果按照常规方法编程，在每一次循环中只加工一个零件，由于轴向尺寸较短，造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复，弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后，便会造成机床导轨局部过度磨损，影响机床的加工精度，严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作，则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题，必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔，同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件，则主轴送进长度为单件零件长度的数倍 ，甚至可达主轴最大运行距离，而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是，原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上，每个零件的辅助时间大为缩短，从而提高了生产效率。为了实现这一设想，我电脑到电脑程序设计中主程序和子程序的概念，如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中，而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中，每加工一个零件时，由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序，加工完成后，跳转回主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序，十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了，便于修改、维护。值得注意的是，由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变，而主轴的坐标时刻在变化，为与主程序相适应，在子程序中必须采用相对编程语句。

减少刀具空行程
在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中，刀具的运动是依靠步进电动机来带动的，尽管在程序命令中有快速点定位命令G00，但与普通车床的进给方式相比，依然显得效率不高。因此，要想提高机床效率，必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程，就可以提高刀具的运行效率。（对于点位控制的数控车床，只要求定位精度较高，定位过程可尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。）在机床调整方面，要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根据零件的结构，使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散，在很接近棒料时彼此就不会发生干涉；另一方面，由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化，必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改，使之与实际情况相符，与此同时再配合快速点定位命令，就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。

优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损
波传播的是疏密相间的运动形态。机械波是振动形式