在零件加工尤其是复合加工中，目前手工编程方式依旧普遍存在。针对比较复杂的零件，手工编程主要是应用宏程序的方式来进行。谈到宏程序我们就应该关注历届全国数控大赛。全国数控大赛由劳动和社会保障部、教育部、国防科学技术委员会、中华全国总工会、中国机械工业联合会联合举办，堪称数控奥林匹克，大赛试题引领着数控应用的高端技术。第三届全国数控大赛已经于2008 年10 月在大连圆满结束，但大赛中的很多东西还值得我们学习探讨。图1 是大赛数车实操实体装配图：

图1 第3 届全国数控大赛数控车实体装配图

    由图1可知本题涉及到了轴、套、盘三类零件，几何形状涉及到了非圆弧曲面、V 形槽、锥度、直槽等等，这里就不一一列举。本文着重分析针对非圆弧曲面的传统手工宏程序编程和应用CAM 软件进行的新型编程方法。

1.传统加工法（宏程序编程法）

    在这里大家可能会觉得奇怪，宏程序编程怎么会叫传统呢，同行人都知道宏程序在数控加工编程中是最困难的一种编程方法，因为它涉及到了C 语言知识、加工工艺知识、实操经验等，可以说它是一种劳动密集型和智慧密集型的结晶。但这里我还是称它为传统，因为宏程序是你不借助任何辅助CAM 软件，直接手工编制出宏程序就可以将零件加工到尺寸要求。图2为零件加工特征尺寸。

图2 零件加工特征尺寸

    1.1 双曲线特征编程

    宏程序为：

    G0X100.0 Z1.0;（快速定位到待加工点，对刀时加工双曲线的35 度外圆尖刀以双曲线右端X 值为63.886处对Z 向为零点）
    G1X63.886F0.1;
    #101=12.075;（定义曲线方程的Z 值）
    N100#102=-9*SQRT[1+#101*#101/56.25]+49;（定义曲线方程的X 值）
    #103=#101-12.075;（定义加工中工件坐标系的Z 值变化）
    #104=#102*2.0;（定义加工中工件坐标系的X 值变化）
    G1X#104Z#103F0.1;（通过走直线的方式来逼近非圆弧曲线）
    #101=#101-0.1;（加工时Z 向步距为0.1）
    IF[#101GE-12.075]GOTO100;（如果没有加工到双曲线的Z 终点12.075 处，就跳转到N100 处，继续加工，直到加工完毕为止）
    G1X100.0Z1.0;（退刀）
    G0X200.0Z100.0;（回安全点）
    M1;（程序单段停止）

    我这里所编的宏程序在现实加工中根据工艺的安排顺序有两种用法：
    1）用35 度或55 度外圆车刀直接加工，可以直接用G73 或G71 调用宏程序；
    2）不用G71 或G73 调用，直接用宏程序加工，但这样必须在用宏程序加工之前，用外切槽刀对双曲线进行粗加工，粗加工时可以先切槽，在用外圆刀走R14.5 的始末两点圆弧，最后用宏程序加工双曲线。

    1.2 圆弧面上的圆弧螺旋槽
    该螺旋槽走势为一条导程为8mm 的螺纹线，但它不是螺纹，而是一个R3 的圆弧顺着螺纹线缠绕于圆弧面上的一条特殊的螺旋弧槽。

    宏程序为：
    #1=1.（刀宽）
    #3=81.（大经）
    #4=10.（起点Z）
    #5=0（起始层次）
    #2=[8.-#1]-[0.072*#5]（Z 向加工宽度）
    N10#6=#4-[#5*0.036]（Z 轴偏移）
    #3=81.-[#5*0.2]（X 轴偏移）
    N 20G 0X90.Z#6.
    G0X#3
    G32Z-10.F8.0（导程8mm）
    G0X90.
    Z#6
    #6=#6-0.2（每一层中Z 轴偏移量减刀宽尺寸）
    #2=#2-0.2（每一层中Z 向终点判别）
    IF[#2GT0]GOTO20
    #6=#4-[8-#1]+[0.036*#5]（每一层中Z 轴最终尺寸）
    G0X90.Z#6.
    G0X#3
    G32Z-10.F8.0
    G0X90.Z#6
    #5=#5+1.（层次加1）
    #2=[8.0-#1]-[0.072*#5]（下一层加工宽度Z 向）
    IF[#2GT3.0]GOTO10（终点判别）
    G0X100.
    Z0.
    M1

    宏程序中用到了几个公共变量，按常理说公共变量不会影响到数控机床系统内部设定的系统变量，但我们应该根据现场情况灵活处理，比如说双通道的数控机床（哈挺QTT65、DMG Twin42 等）可能单独运行宏程序模块时会产生报警，因为宏程序变量和系统内部变量发生冲突，这时我们可以做以下更改：打开机床面板-手轮调到编辑模式-可写入打开（把WRITE 参数0 改为1）-搜索到参数6000-把6000 下排的第五位参数改为1；假如我们的机床是单通道的可以无需任何更改直接运行。

2.GibbsCAM 软件编程方法

    GibbsCAM 是Cimatron 公司旗下的一款面向零件加工，尤其是车铣复合领域的CAM 加工方案，其最大的特点是界面简洁，易学易用，操作模式和我们的工艺习惯非常一致。

    2.1 双曲线特征编程

    借助GibbsCAM 加工这种非圆弧曲面会让加工变得轻松简单。软件自动提取出车加工所用轮廓，并应用加工标记，定义想要加工区域的起始点和终止点即可。见图2 所示。注意图3采用的是下刀塔刀具加工(哈挺TT65 双刀塔机床)，所以虽然选择加工对象为X 正向，但由它生成的切削轨迹会自动对用到X 负向，以适应下刀塔刀具的加工。

图3 GibbsCAM 切槽粗加工

    粗加工－选择宽为3mm 的切槽刀，工程序由计算机自动生成，转速S1200、进给量F0.1，加工时间为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（回安全换刀点）
    M1

 精加工采用3mm 切槽刀，转速S1800、进给量F0.04，加工时间为31 秒。具体NC 代码忽略。

    2.2 螺旋圆弧槽加工法

    用GibbsCAM 软件编程只需控制一条线段就可以编出想要的螺旋槽走刀轨迹，如图4所示：

图4 GibbsCAM 缠绕加工螺旋圆弧槽

    此处应用GibbsCAM 软件体现出极大的优越性。只需在YZ 面上取一条螺旋线的展开图，然后针对此平面上的直线进行最简单的 2.5 轴编程，并对应应用GibbsCAM 缠绕加工(Rotary Milling)就可以生成预期的加工轨迹（图中红线）。有人可能会质疑说由 CAM 软件生成的G 代码都比较长，而如果机床内存太小，带来加工的不便。然而恰恰相反，针对此螺旋圆弧槽，下面是GibbsCAM 生成的加工G 代码：

    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

    加工参数S2500，进给量由软件计算生成，比如说你给F80 的进给量，软件通过计算最后输出F111.004的进给量，因为该螺旋槽不是普通螺旋槽（公司的很多零件外壳面上的三条螺旋槽），此处的螺旋槽是一个半径为3mm 的圆弧顺着一条导程为8mm 的螺纹线缠绕在半径100mm 的圆弧面上而组成的螺旋弧槽，比如当加工螺纹时，只给出主轴转速，进给量由数控机床里的脉冲编码器通过对螺距和转速的编译而控制，所以此处加工螺旋弧槽进给量是由软件计算得出，加工时间为12 分44 秒。

3.结语

    本文通过针对第三届全国数控大赛的一道试题，讲解了如何应用手工宏程序编制方法，以及应用CAM软件的智能编程方法。两种情况都在现实加工中普遍存在。但随着企业信息化技术的提升，CAM 软件作为数控高效加工的一个平台，结合自身情况有效的利用它，可以极大的简化编程难度，提高生产效率。近些年在铣削加工包括五轴铣削方面的CAM 技术应用越来越成熟，但在复合加工方面，目前还是手工编程居多。希望本文对此领域的加工技术感兴趣的朋友有所裨益。