【正文】 獲得正確尺寸，這種修正方法稱為刀尖半徑補(bǔ)償。與二維銑削加工方法一樣，采用刀尖半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具運(yùn)動(dòng)詭計(jì)指的不是刀尖，而是刀尖上刀刃圓弧的中心位置，這在程序原點(diǎn)設(shè)置時(shí)就需要考慮?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)的二維刀具半徑補(bǔ)償不僅可以自動(dòng)完成刀具中心軌跡的偏置，而且還能自動(dòng)完成直線與直線轉(zhuǎn)接、圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接和直線與圓弧轉(zhuǎn)接等尖角過渡功能。數(shù)控編程可以手工完成，即手工編程（manual programming），也可以由計(jì)算機(jī)輔助完成，即計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程（puter aided NC programming）。 、數(shù)控編程的步驟一般來說，數(shù)控編程過程主要包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫程序單、輸入數(shù)控系統(tǒng)幾程序檢驗(yàn)。圖124 數(shù)控編程的分類⑴手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個(gè)步驟，即從零件圖樣分析、工藝處理、確定加工路線和工藝參數(shù)、幾何計(jì)算、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗(yàn)，均由人工來完成。把用APT語言書寫的零件加工程序輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)的APT語言編程系統(tǒng)編譯產(chǎn)生刀位文件（CLDATA file），然后進(jìn)行數(shù)控后置處理，生成數(shù)控系統(tǒng)能接受的零件數(shù)控加工程序的過程，稱為APT語言自動(dòng)編程。其中零件CAD模型的描述方法多種多樣，適用于數(shù)控編程的主要有表面模型和實(shí)體模型，其中以表面模型在數(shù)控編程中應(yīng)用較為廣泛。數(shù)控編程的一般過程包括刀具的定義或選擇，刀具相對(duì)于零件表面的運(yùn)動(dòng)方式的定義，切削加工參數(shù)的確定，走刀軌跡的生成，加工過程的動(dòng)態(tài)圖形仿真顯示、程序驗(yàn)證直到后置處理等，一般都是在屏幕菜單及命令驅(qū)動(dòng)等圖形交互方式下完成的，具有形象、直觀和高效等優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)程度段中，可能出現(xiàn)的編碼字符還有S、T、M、I、J、K、A、B、C、D、H、R等。準(zhǔn)備功能的主要作用是指定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式，為數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算作準(zhǔn)備。G00——坐標(biāo)快速定位G01——線性插補(bǔ)G0G03——圓弧插補(bǔ)b、G1G1G19——坐標(biāo)平面選擇c、GG4G42——刀具半徑補(bǔ)償d、G4G4G49——刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償e、G54~G59——選擇程序原點(diǎn)1~6f、G90、G91——絕對(duì)坐標(biāo)及增量坐標(biāo)編程g、G92——設(shè)定工件坐標(biāo)系h、G73~G89——固定循環(huán)加工（2）輔助功能指令輔助功能指令亦稱“M”指令，由字母M和其后的兩位數(shù)字組成，從M00~M99共100種。常用的M指令有：a、M00——程序停止b、M01——計(jì)劃程序停止c、M02——程序結(jié)束d、M0M0M05——分別為主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)及主軸停止e、M06——換刀f、M08——冷卻液開g、M09——冷卻液關(guān)h、M30——程序結(jié)束并返回（3）其它常用功能指令a、T功能——刀具功能b、S功能——主軸速度功能c、F功能——進(jìn)給速度進(jìn)給率功能第二節(jié) 、車削數(shù)控加工及其手工編程 、普通數(shù)控車床的車削加工普通數(shù)據(jù)控車床能完成端面、內(nèi)外圓、倒角、錐面、球面及成形面、螺紋等的車削加工，主切削運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)，工件的成形則由刀具在ZX平面內(nèi)的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)保證，如圖所示。與普通車削加工不同的是，要保證車削加工精度，特別是錐面和成形表面的精度，需要準(zhǔn)確測(cè)量車刀刀尖刀刃圓弧半徑，并采用刀尖半徑補(bǔ)償（TNR）方法進(jìn)行加工。從主軸箱指向尾架方向?yàn)?Z方向，而從尾架指向主軸箱方向?yàn)閆軸，從主軸軸心線指向操作者方向?yàn)?X軸方向，如圖所示。一般來說，數(shù)控車床的參考點(diǎn)在Z坐標(biāo)和X坐標(biāo)的極限行程處，與機(jī)床原點(diǎn)一致，如圖所示。當(dāng)做，某些情況下，程序原點(diǎn)也可以取在工件軸心線上的其它位置，要根據(jù)工件的實(shí)際情況進(jìn)行確定。切削圓弧時(shí)，使用I和K表示圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值，I對(duì)應(yīng)X軸，K對(duì)應(yīng)Z軸。由于車削加工圖樣上的徑向尺寸及測(cè)量的徑向尺寸使用的是直徑值，因此在數(shù)控車削加工的程序中輸入的X及U坐標(biāo)值也是“直徑值”，即按絕對(duì)坐標(biāo)編程時(shí)，X為直徑值，按增量坐標(biāo)編程時(shí)，U為徑向?qū)嶋H位移值的二倍，交附上方向符號(hào)（正向省略）。（1）工藝分析此零件的車削加工包括車端面、倒角、外圓、圓弧過渡面和切槽加工，而且要分兩次，從零件裝夾才能完成全部加工。強(qiáng)力車刀（1）進(jìn)行所有車削加工，切槽加工采用3mm寬的切柄刀（2），如圖所示。c、工藝路線 第一次裝增值完成右端的加工，其走刀過程為：首先車削外形，然后切槽加工，程序原點(diǎn)定為W點(diǎn)，其走刀路線和工藝尺寸如圖所示。強(qiáng)力車刀進(jìn)行外形加工，程序原點(diǎn)為O點(diǎn)，其走刀路線和工藝尺寸如圖所示。（2）數(shù)控編程由于該工件的外形既有倒角又有圓弧過渡面，90176。假定90176。選擇刀具——采用圓弧車刀和切槽刀；零件安裝方式——零件裝夾于機(jī)床主軸與尾架頂尖間，采用專有心軸方式定位。編程參數(shù)計(jì)算——計(jì)算求得圖中的中點(diǎn)坐標(biāo)為：數(shù)控編程——此零件加工采用圓弧車刀，應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行編程，其數(shù)控程序及程序說明如下： 、帶螺紋的軸類零件數(shù)控車削加工及其手工編程如圖所示為某立軸的零件圖樣，需進(jìn)行精車加工，圖中 不加工。（1）工藝路線a、先倒角→切削螺紋的實(shí)際外圓 →切削錐度部分→車削 外圓→倒角→車削 外圓→切削圓弧部分→車削 外圓b、切槽c、車螺紋（2）選擇刀具及畫出刀具布置圖 根據(jù)加工要求，選用三把刀具。III號(hào)刀車螺紋。采用對(duì)刀儀對(duì)刀，螺紋刀尖相對(duì)于I號(hào)刀尖在Z向偏置15mm。本例中，換刀點(diǎn)為A，如圖所示。切槽時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為S315，進(jìn)給速度為F10。（4）編寫程序 確定O為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)（參見圖），并將A點(diǎn)（換刀點(diǎn)）作為程序的起點(diǎn)。（2）安全高度——對(duì)于銑削加工，起刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)必須離開加工零件上表面一個(gè)安全高度，保證刀具在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，不與加工零件和夾具發(fā)生碰撞。（3）進(jìn)刀/退刀方式——對(duì)于銑削加工，刀具切入工件的方式，不僅影響加工質(zhì)量，同時(shí)直接關(guān)系到加工的安全。退刀方式也應(yīng)從側(cè)向或切向退刀，刀具從安全面高度下降到切削高度時(shí)，應(yīng)離開工件毛壞邊緣一個(gè)距離，不能直接貼著加工零件理論輪廓直接下刀，以免發(fā)生危險(xiǎn)，如圖所示。對(duì)于型腔的粗銑加工，一般應(yīng)先鉆一個(gè)工藝孔至型腔底面（留一定精加工余量），并擴(kuò)孔，以便所使用的立銑刀能從工藝孔進(jìn)行型腔粗加工。在刀具半徑補(bǔ)償有效之前，刀具應(yīng)遠(yuǎn)離零件輪廓適當(dāng)距離，且應(yīng)與選定好的切入點(diǎn)和進(jìn)刀當(dāng)時(shí)協(xié)調(diào)，保證刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠行?。另外還要考慮刀具尺寸與零件尺寸的協(xié)調(diào)問題，即不要用一把很大的刀具加工一個(gè)很小的零件。 、點(diǎn)位數(shù)控加工及其編程下面舉例說明點(diǎn)位數(shù)控加工及其編程方法。二維型腔——二維型腔分為簡(jiǎn)單型腔和帶島型腔，其數(shù)控加工分為環(huán)切和行切良種切削加工方式。二維字符——平面上的刻字加工也是一類典型的二坐標(biāo)加工，按設(shè)計(jì)要求輸入字符后，采用雕刻刀雕刻加工所設(shè)計(jì)的字符，其刀具軌跡一般就是字符輪廓軌跡，字符的線條寬度一般由雕刻刀刀尖直徑來保證。手工編程時(shí)，一般根據(jù)零件的外形輪廓采用G41或G42實(shí)現(xiàn)刀具半徑補(bǔ)償，刀具半徑存放在一個(gè)刀具半徑補(bǔ)償寄存器中，由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具半徑補(bǔ)償。 、數(shù)控加工編程參數(shù)采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程，數(shù)控加工編程參數(shù)要預(yù)先給定。進(jìn)給速度。安全面高度：開始啟動(dòng)主軸之前，刀具所在平面的高度。進(jìn)刀、退刀線——防止進(jìn)刀/退刀過程出現(xiàn)碰撞、過切和飛邊而采用的進(jìn)刀/退刀軌跡。外形輪廓通常為二維輪廓，加工方式為二坐標(biāo)加工。 、外形輪廓的串聯(lián)和有序化對(duì)于二維外形輪廓的數(shù)控加工，要求外形輪廓曲線是連續(xù)和有序的，這在手工編程時(shí)是直接用數(shù)控加工程序來保證的，而采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程，則必須用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計(jì)算方法來保證。分段有序曲線要求前一段曲線的終點(diǎn)為下一段曲線的起點(diǎn)。在串聯(lián)操作過程中，系統(tǒng)程序要求對(duì)分段曲線是否連續(xù)進(jìn)行判斷，判斷的方法很簡(jiǎn)單，就是判斷前兩段曲線的終點(diǎn)和起點(diǎn)時(shí)候相同，如果不是同一個(gè)點(diǎn)，則需要重新修改曲線。 、定義進(jìn)刀、退刀線進(jìn)刀/退刀線是為了防止過切、碰撞和飛邊而設(shè)置的。最簡(jiǎn)單的粗精加工刀具軌跡生成方法可通過刀具半徑補(bǔ)償途徑來實(shí)現(xiàn)，即在采用同一刀具的情況下，通過改變刀具半徑補(bǔ)償控制寄存器中的刀具半徑值的方式進(jìn)行粗精加工刀具軌跡規(guī)劃。后者將粗精加工在同一個(gè)程序中完成。二維型腔加工的一般過程是：沿輪廓邊界留出精加工余量，先用平底端銑刀用環(huán)切或行切法走刀，銑去型腔的多余材料，最后沿型腔底面和輪廓走刀，精銑型腔底面和邊界外形。 、行切法加工刀具軌跡生成這種加工方法的刀具軌跡計(jì)算比較簡(jiǎn)單，其基本過程是：首先確定走刀路線的角度（與X軸的夾角），然后根據(jù)刀具半徑及加工要求確定走刀步距，接著根據(jù)平面型腔邊界輪廓外形（包括島嶼的外形）、刀具半徑和精加工余量計(jì)算各切削行的刀具軌跡，最后將各行刀具軌跡線段有序連接起來，連接的方式可以是單向，也可以是雙向，根據(jù)工藝要求而定。計(jì)算過程中對(duì)于有島嶼的刀具軌跡線段連接，需要采用以下計(jì)算步驟：（1）平面型腔邊界（含島嶼的邊界）輪廓的串聯(lián)和有序化：身成封閉的邊界輪廓。（3）行切加工各行刀具軌跡計(jì)算：（4）刀具軌跡線段的有序串聯(lián)；（5）沿型腔和島嶼的等距線運(yùn)動(dòng)，生成最后一條刀具軌跡。環(huán)切法加工分為由內(nèi)至外環(huán)切和由外至內(nèi)環(huán)切。目前應(yīng)用較為廣泛的一種等距線計(jì)算方法是直接偏置法，其算法步驟如下：（1）按一定的偏置距離對(duì)封閉輪廓曲線的每一條邊界曲線分別計(jì)算等距線；（2）對(duì)各條等距線進(jìn)行必要的裁剪或延拓，連接形成封閉曲線。（4）重復(fù)上述過程，直到遍歷完所有待加工區(qū)域。現(xiàn)代比較先進(jìn)的環(huán)切加工刀具軌跡計(jì)算方法是將待加工區(qū)域分成若干個(gè)子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域均可用大刀具進(jìn)行粗加工，最后用小刀具進(jìn)行精加工成形。 、基于Voronoi圖的型腔環(huán)切加工刀具軌跡生成（1）Voronoi圖構(gòu)成多邊形的每一條直線段或圓弧稱為邊界元素，元素e的Voronoi區(qū)是到e比到其它元素距離小的點(diǎn)的集合，兩個(gè)元素Voronoi區(qū)的公共邊稱為Voronoi邊，它上面的點(diǎn)到兩個(gè)邊界元素的距離相等，所以也稱為平分線，兩個(gè)邊界元素稱為平分線的定義元素。Voronoi邊表示為參數(shù)形式，以Voronoi邊上的點(diǎn)到邊界元素的距離作為參數(shù)。Voronoi邊的交點(diǎn)稱為Voronoi節(jié)點(diǎn)。如果一個(gè)Voronoi節(jié)點(diǎn)是一條Voronoi邊的頭，則稱該Voronoi邊為這個(gè)Voronoi節(jié)點(diǎn)的入邊；反之，該Voronoi邊是這個(gè)Voronoi邊的出邊。（2）基于Voronoi圖的型腔環(huán)切加工刀具軌跡生成當(dāng)一個(gè)型腔區(qū)域的Voronoi圖生成之后，就可以著手生成刀具軌跡，方法是：從一個(gè)邊界元素的Voronoi區(qū)開始，按給定的偏置距離d計(jì)算該邊界元素的等距線，該等距線與該Voronoi區(qū)的兩條Voronoi邊相交，對(duì)應(yīng)的兩條Voronoi邊的交點(diǎn)的參數(shù)均為d，兩個(gè)交點(diǎn)之間的等距線即為一段刀具路徑。然后減小偏置距離d，重復(fù)上述過程，可以生成彝族封閉的刀具軌跡。原則上講，字符雕刻加工刀具軌跡采用外形輪廓銑削加工方法沿著字符輪廓生成。這種刀具軌跡不考慮刀具半徑補(bǔ)償，字符線條的寬度直接由刀尖直徑確定。如果線條特別寬，而又不能用大刀具，則要采用二維型腔銑削加工方式生成刀具軌跡。根據(jù)零件的形狀特征進(jìn)行分類，可以歸納為如下幾種加工對(duì)象（或加工特征）：多坐標(biāo)點(diǎn)位加工。曲面區(qū)域加工。曲面交線區(qū)域加工。裁剪曲面加工。曲面型腔加工。 、刀具軌跡生成方法一種較好的刀具軌跡生成方法，不僅應(yīng)該滿足計(jì)算速度快、占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存少的要求，更重要的是要滿足切削行距分布均勻、加工誤差小且分布均勻、走刀步長(zhǎng)分布合理、加工效率高等要求。（4）投影法——適用于有干涉面存在的復(fù)雜多曲面和曲面型腔的加工編程。 、與刀具軌跡生成有關(guān)的幾個(gè)基本概念（1）切觸點(diǎn)（cutting contact point）指刀具在加工過程中與被加工零件曲面的理論接觸點(diǎn)。（2）切除點(diǎn)曲線（cutting contact curve）指刀具在加工過程中由切觸點(diǎn)構(gòu)成的曲線。這就是說，切除點(diǎn)曲線可以是曲面上實(shí)在的曲線，也可以是對(duì)切觸點(diǎn)的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。一般來說，刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀具中心點(diǎn)和刀軸矢量來進(jìn)行描述，其中刀具中心點(diǎn)可以是刀心點(diǎn)，也可以是刀尖點(diǎn)，視具體情況而定。刀具軌跡曲線一般由切觸點(diǎn)曲線定義刀具偏置計(jì)算得到，計(jì)算結(jié)束存放于刀位文件（CLData file）之中。（6）刀具偏置（tool offset）指由切觸點(diǎn)生成刀位點(diǎn)的計(jì)算過程。由于一般的數(shù)控系統(tǒng)有線性、圓弧等少數(shù)幾種插補(bǔ)功能，所以一般需將切除點(diǎn)曲線和刀具軌跡曲線按點(diǎn)串方式給出，并保證加工精度。這時(shí)切觸點(diǎn)曲線的定義和刀具偏置計(jì)算融合在等距面的構(gòu)造過程中，導(dǎo)動(dòng)規(guī)則約束了等距面的離散，即刀位點(diǎn)的生成過程?；谇鎱?shù)線加工的刀具軌跡計(jì)算方法的基本思想是利用Bezier曲線曲面的細(xì)分特性，將加工表面沿參數(shù)線方向進(jìn)行細(xì)分，生成的點(diǎn)位作為加工時(shí)刀具與曲面的切觸點(diǎn)。Bezier曲線離散算法按照離散方式可分為四叉離散算法和二叉離散算法。在加工中，刀具的運(yùn)動(dòng)分為切削行的走刀和切削行的進(jìn)給兩種運(yùn)動(dòng)。二叉離散過程首先沿切削行的行進(jìn)給方向?qū)η孢M(jìn)行離散，得到加工帶，然后在加工帶上沿走刀方向?qū)庸нM(jìn)行離散，得到切削行。球形刀與環(huán)行刀加工帶寬的計(jì)算方法不同。 、等參數(shù)步長(zhǎng)法最簡(jiǎn)單的曲線離散算法是等參數(shù)步長(zhǎng)法，即在整條參數(shù)線上按等參數(shù)步長(zhǎng)計(jì)算點(diǎn)位。這樣計(jì)算的點(diǎn)位信息比較多。但這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，速度快，在刀位計(jì)算中常被采用。參數(shù)篩選法克服了等參數(shù)步長(zhǎng)的缺點(diǎn)，但計(jì)算速度稍慢一些。 、局部等參數(shù)步長(zhǎng)法在實(shí)際應(yīng)用中，也常采用局部等參數(shù)步長(zhǎng)離散算法：即加工帶在v參數(shù)曲線方向上按局部等參數(shù)步長(zhǎng)（曲面片內(nèi)）分布；在走刀路線上，走刀步長(zhǎng)根據(jù)容差進(jìn)行計(jì)算，方法是在每一段u參數(shù)曲線上，按最大曲率估計(jì)步長(zhǎng)，然后按等參數(shù)步長(zhǎng)進(jìn)行離散。（1）局部最小走刀步長(zhǎng)估計(jì)走刀步長(zhǎng)的計(jì)算依據(jù)是控制加工誤差的大小，加工精度要求越高，走刀步長(zhǎng)越小，編程速度和加工效率越低。經(jīng)驗(yàn)表明，局部最小走刀步長(zhǎng)估計(jì)可用直線逼近誤差作為控制誤差的依據(jù)。局部等參數(shù)步長(zhǎng)二叉離散算法計(jì)算速度較快、省空間，但要用到堆棧，多片拼接時(shí)，堆棧也很大，控制不靈活。 、參數(shù)線的差分算法對(duì)于走刀路線上的一批