ＤＯＮＧＦＡＮＧＤＩＡＮＱＩＰＩＮＧＬＵＮ 第４卷第３期 计算机辅助数控编程 中国东方电站成套设备公司王南时 摘 要 本文综述了准备数控加工程序的不同方法，并结台计算机辅动设计与制造集成软件ＩｃＥＭＤＤＮ，讨论了集成系统中，零件几何成型能力、数控自动设计功能和数控后处理软仁的开发等有荧技术问题。
关键词ｔ计算机数控机床编程
一、概述 自从１９５２年美国麻省理工学院（ＭＩ。
ｒ） 何服机构实验室研制成第一台数控铣床以 来，数控加工设备在机械制造工业，特别是 航空，航天、机床、模具制造等工业中，得 到了广泛的应用。
近十年来，由于微处理器
和计算机辅助设计与制造技术的发展，更促 成了各类数控加工设备的硬件和计算机辅助数控加工软件的飞跃发展。
我国于１９５８年开始研制数控机床，目前 已有十多家开发和生产数控机床的厂家，计 划在Ｉ９９０年时，全国将达到年产一万台的能力。
１９８６年，我国数控机床已有小批量进入 国际市场，出口美国等地。
近年来，出现了 由机床研究所、机床厂、计算机厂联台组成 的数控机床开发制造集团，这必然会进一步 加速我国数控机床生产和应用的发展。
我国 数控机床的这一发展，是顺应了我国各机械 制造业发展生产和提高技术的要求，可以预
计，在九十年代，我国数控加工的应用，必 将以前所未有的规模推广。
、 数控机床是由机床控制单元，根据以数控加工程序形式给出的加工信息，指挥机床 １９８９年１０月２３日收稿 进行加工操作。
为了在数控机床上加工一个产品，一般需要经历下述步骤； （ｉ）进行零件几何形状和技术条件的分析，确定工艺路线，机床类型，加工工序。
（２）工艺设计，包括设计或选用刀具和夹具，确定加工特性（如对刀点，走刀方向，走刀速度，主轴转速，刀程间距，切削深度等），决定冷却剂的使用。
（３）加工信息的生成，也就是数控加工走刀程序的准备，包括数据准备、程序编制和程序调试。
最后，根据传递介质的不同，制备程序的穿孔纸带或记录于磁带、磁盘上。
（４）试加工及试加工件的检验，必要时修改敬控加工程序，直到满足要求为止。
（５）正式加工生产。
正是由于用加工程序代替人工控制机床，所以，数控加工县有精度高，重复性好，易于适应复杂形体的加工等特点，特别适用于多品种复杂零件的小批量制造。
数控加工程序除了一些必须给定的工艺参数以外，主要由大量的刀具加工位置数据组成。
对于形状复杂的零件，这些敬据的准备常常包括极其浩繁的数值计算，事实上，加工程序的准备能力不足已成为不少数控设备未能充分发挥效能的关键。
１５４ 　 ＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ），向数控加工延伸，发展出计算机辅助数控加工（ＣＡＭ－－ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｃｈｉｎｉｎｇ或ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒ０１），近年来，叉与数据库技术结合，形成了ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统，对工程和生产制造全过程提供了计算机技术。
与此同时，计算机硬件的发展，产生了高性能的工程工作站，这使得ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统在性能和价格两方面都取得了商业推广的优势，成了计算机辅助工程技术的主流。
我们认为，ＣＡＤ／ｃＡＭ集成系统中的数控自动编程，正是集中反映了集成系统优越性的领域之
一。
为了适应我国数控加工应用的快速发展，跨越高级语言编程，采用ｃＡＤ／ＣＡＭ集成系统的数控自动编程是一个既合理又可行的办法。
中国东方电站成套设备公司ＣＹＢＥＲ１８０／８３０计算机上的ＩＣＥＭＤＤＮ是美国控铽数据公司（ＣＯＮＴＲＯＬＤＡＴＡＣＯＲＰＯ－ＲＡＴＩＯＮ）提供的ＣＡＤ／ＣＡＭ集成软件包。
东疗汽轮机厂数控中心利用这一系统生成的数控加工程序，成功地加工了汽轮机长叶片的叶面阻尼凸台和水轮机转轮叶片的精密铸造模具。
这两例都是三维曲面形体。
实用表明，这一方法完全排除了人工数值计算，根除了人工处理大量数据时，难以完垒避免的差错，而且可以在图形终端上直接观察仿真的加工走刀过程，方便了检查校对，大大缩短了准备数控程序的时间。
下面结合ＩＣＥＭＤＤＮ系统，讨论与集成系统中数控技术有关的几个问题。

三、零件几何成型能力 数控加工的长处是加工复杂零件，ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统中数控自动设计的突出优点之一是排除了描述零件几何形状所必须的数值计算。
实质上，这一方法是用被加工零件的ｃＡＤ成型办法，代替了其它方法采用的对零件形状数值描述的办法。
为了适应鼓 １５６ 控的要求，除了生成一般图元（如点、直线、圆弧等）之外，生成三维曲线和曲面的方法是否丰富，生成操作是否方便，执行速度是否快捷，都直接关系到能否充分发挥集成系统数控设计法的优势。
ＩＣＥＭＤＤＮ是一个交互式ｃＡＤ／ＣＡＭ集成系统，它全面采用菜单、键盘选用和图形板，鼠标器选用这两种并存的驱动方式，使用是方便的。
ＩＣＥＭＤＤＮ的三维曲线生成方法有以下几种， （１）通过一组点的三维样条曲线，有四种端点条件可供选用。
（２）通过曲面边缘上一定数量点的修光曲线。
（３）投影曲线，即通过曲面内的一条曲线，向指定方向，按给出的偏移量规律所生成的空间曲线。
（４）两个曲面的交线。
（５）由一根曲线，沿指定方向，带有给出的缩放角，向一个曲面上投影生成的一根新曲线。
（６）贝齐尔（丑ｅｚｉｅｒ）曲线是由多项式表示的光滑曲线，很容易改变其形状而仍保持光滑。
（７）组台曲线可以由一组连续的曲线组合成一根组合曲线。
ＩＣＥＭＤＤＮ的曲面生成方法有下面几种ｔ（１）平面的多种生成法。
（２）由一根曲线绕任～直线旋转生成的旋成面。
（３）由一根曲线向一指定方向移动，生成的一般柱面。
（４）直纹曲面是由直线两端分别沿两根曲线运动所扫成的面。
（５）展开面是直纹曲面的一个子集。
（６）网格曲面是由两组相交曲线形成的曲面。
　 （７）倒圆面是在两个曲面相交处，以指定半径倒圆角所形成的面。
（８）球面（９）圆柱面。
（１０）圆环面。
（１１）圆锥面。
（１２）投影面是甩一根曲线和其投影曲线作为两边界线所生成的直纹面。
（１３）曲线扫成面是由一根曲线沿另一根曲线运动所扭出的面。
（１４）贝齐尔（Ｂｅｚｉｅｒ）曲面。
（１５）组台曲面是由一组互有公共边界相邻的曲面所组成。
除了有上述各种图元的生成能力之外，ＣＥＭＤＤＮ还提供了由用户在六个正投影，的标准视图之外，另外自行定义各种非正投影的辅助视图的能力，这就使用户可以选取方便的方位来生成零件的几何形状。
系统还提供了对图形的各种编辑修改功能，如平移，旋转，复ｍ４，截取，延伸，镜面成像，删除等。
上述这样一些功能，淙证了复杂形状零件的方便成型，有利于数控设计的应用。

四，数控自动设计 在实际开始数控自动设计之前，必须先明确在加工过程中刀具相对于零件的方位。
大家知道，在实际加工中，零件的加工方位不一定要和零件的几何形状的定义方位～致。
对于某些形体，常常必须改换多个加工方位，才能完成全部加工。
在集成系统中，提供了由用户自行定义多个工作空间的能力，数控设计可以分别在各个特定的工作空间中进行。
刀具位置是以工作空间的坐标系确定的，系统自动完成由零件坐标系到工作空间坐标系的全部坐标变换计算。
在曲面的数控加工中，还要用曲面的法矢方向指明曲面的加工侧。
正是利用工作空间和曲面法 　 矢，保证了自动设计生成的加工方位满足用 户预定的要求。
经过工艺设计确定了各种加工特性，用ＣＡＤ生成了零件几何图形，并选定了合适 的工作空间和曲面法矢方向之后，就可利用 集成系统的数控模块，进行数控设计ｏ ＩＣＥＭＤＤＮ数控模块的基本层菜单有 十多个选项，它们包括四类功能ｔ ． （Ｉ）刀具定义和刀具库管理，以及机 床操作参数指定。
（２）工艺参数指定和走刀路径生成。
（３）走刀路径的编辑和走刀仿真显 示。
（４）由走刀路径生成刀具位置文件。
ＩｃＥＭＤＤＮ可定义的刀具类型有ｔ不 同刀头形状（从平端头，不同角半径的平 头，到全球头）的铣刀，钻刀，中心钻刀， 镗刀，铰刀，丝锥，埋头孔钻刀，车刀，螺纹车刀，标准冲头，特形冲头等。
刀具库管 理功能包括刀具的增加和删除，列出刀具参 数，修改刀具参数等。
机床操作参数包括指定走刀速度，主轴 速度和方阳，冷却剂的选用。
工艺参数因加工类型不同而有变化，包 括切削深度，刀速变换间距（Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ，指刀具以快速移动到切削位置， 但是，刀尖仍与实际切削深度相距的一段距 离，这是为了保证刀具以进给速度进行实际
切削），退刀高度，刀具引入和退出的方式 与路径，用分段直线逼近曲线时所容许的最大内、外偏差，曲面加工时的允许逼近偏差 等。
ＩＣＥＭＤＤＮ支持的加工走刀路径有以 下十种， （１）点位加工（ＰＯＩＮＴ－－ＴＯ－－ Ｐ０１ＮＴ），主要用于钻孔加工。
（２）轮廓加工（ＰＲＯＦＩＬＥ），主要用 于外轮廓铣削加工。
（３）凹槽加工（ＰＯＣＫＥＴ），内轮廓 １５７ 铣削）】ＩＴ工。

（４）冲剪加工（ＰＵＮＣＨＩＮＧ），冲床 加工。
（５）曲面铣削（ＳＵＲＦＡＣＥＭＩＬＬ— ＩＮＧ），曲面加工。
（６）五轴联动铣（５一ＡｘＩｓｓｗＡＲＦ ｃｕＴＴＩＮＧ），五轴联动，用刀头侧刃铣。
（７）指定走７丁加工（ＡＢＳＯＬＵＴＥ１１００ＬＭＯＴＩＯＮ），适用于单侧铣削平台和刻铣线形凹槽。
（８）车削加工（ＬＡＴＨＥ），各种数控车削。
（９）二曲面的轮廓加Ｉ（２－－ＳＵＲＦＡ—ＣＥＰＲＯＦＩＬＥ），用于两个相交曲面的外轮廓加工，其中一个曲面为导动面，另一个曲面是零件面。
（１０）火炬坍剡加工（ＦＬＡＭＥｃｕＴ—ＴＩＮＧ）。
数控模块功能的优劣，除了它支持的加工类型是否丰富以外，还要注意它的一些关键性技术细节，如在加工范围内，是否允许存在不需要加工的保留区，刀程数量，刀程间距和材料扇形残留高度之间能否自动互相换算等这样一些直接影响适用性和使用是否 方便的功能。
ＩｃＥＭ加Ｎ的数控模块在这 些方面都有比较满意的处理能力。
它还可以利用宏（ＭＡＣＲＯ）过程及其调用，实现某些加工步骤的多次重复执行。
对于机床操作参数和工艺参数的指定，也可以用参数组生成功能，以致据文件形式，对不同类型的加工要求自动生成，而不必每次用交互式重复输入。
走刀路径的编辑，提供了对走刀路径的增删、修改和剪取等完整的编辑功能，可以对自动生成的走了了路径实现人工介入修改。
走刀路径的仿真显示，使用户可以选择用一个视图或多个视图（包括轴侧视图）直观地观察刀具加工走玎情况，。
检查数控设计的合 １５８ 理性。
ＩＣＥＭＤＤＮ生成的刀具位置文件有两 种，一种是二进制码形式的文件，它经ｃＤｃ公司开发的后处理软件处理后，转换生成供机床使用的数控程序｝另一种是ＡＳＣＩＩ码的字符文件，它可以选用ＩＣＥＭＡＰＴ语言，也可以选用ＣＯＭＰＡＣＴⅡ语言。
刀具位置文件都独立于ＩＣＥＭＤＤＮ系统之外，这就为我们用常用语言（如Ｆｏｒｔｒａｎ语言）开发后处理软件提供了方便。

五、后处理软件的开发 后处理软件是将刀具位置文件转换成供数控机床使用的数控程序，它的输出应该完垒满足特定数控设备的要求。
现有的数控机床是多种多样的，它的控制系统又分好多种，Ｊ啊ＦＡＮＵＣ，ＢＫ＿２１ＩＡ，ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ等，所以，实际上可能有数以百计的机床一控制系统匹配。
这就央定了开发广泛通用的后处理软件既是困难的，又不太实用。
ＣＤＣ公司目前供应的后处理软件包ＣＯＭＰＯＳＴ，对每一种机床一控制系统匹配索价为四千美元。
我们的后处理软件，是我们自己用Ｆｏｒ—ｔｎｎ语言开发的。
输入数据是用ＩＣＥＭＡＦＴ语言的刀具位置文件，生成的输出，可甩于ＦＡＮＵＣ系统ＸＫ７１５Ｆ立铣床或ＢＫ－２１１Ａ系统ＸＫｓ０４０３Ｚ式升洚台铣床。
ＦＡＮＵｃ数控系统既可采用增量值坐标方式（Ｇ９１），亦可采用绝对值坐标方式（Ｇ９０），有圆弧插补功能。
ＢＫ－２１１Ａ数控系统的特点是只采用增量值坐标方式，所有坐标值必须带有符号。
＋’或。
一”，也有圆弧插补功能，并且限定圆瓶段必须在同一个象限内，所以跨象限的圆弧必须以坐标轴为界分段。
ＩＣＥＭＡＰＴ语言的刀具位置文件中关于圆弧的语句，其常用形式是给出圆心坐标，半径值和以折线逼近圆弧的各段直线端点的坐标值。
我们只能利用折线段的数 　 据来判定圆弧插补是顺时针方向（Ｇ０２），还是逆时针方向（Ｇ０３）。
对于ＢＫ一２１１Ａ系统，还要根据圆弧的起终点搭配情况，确定是否需要分段和分几段。
ＩｃＥＭＡＰＴ语言的刀具位置，文件给出的刀具位置，是以刀具端点为依据。
所谓刀具端点，是指刀具轴线和刀具底面的交点。
在生成玎具路径和刀具位置文件时，已处理了刀具半径和刀头形状的补偿，所以，数控程序中不再出现刀具补偿，所用代码比较简洁。
为了适应大规模的繁杂加工，后处理的输出文件可以按设定的最大程序段数自动分成多个文件储存。
除了第一个文件采用输入指定的文件名外，其它后续文件的名，都在指定的文件名后，自动加缀数字序号。
生成的数控程序，一般以ＩＳＯ代码（ＩＳｏＲ８４０）穿孔纸带方式供数控机床使用，也可以选用ＥｌＡ代码（ＥＩＡＲＳ２４４一Ａ）的穿 孔纸带形式提供。
或者根据用户要求，以ⅢＭＰＣ机的软盘文件形式提供。
我国的数控机床及其控制系统型号繁多，自行开发后处理软件是无法避免的，实践表明，这也是完全可以做到的。
在目前完整的ＣＡＤ／ＣＡＭ形成系统还不多的情况下，自行开发后处理软件，对于开展技术协作，扩大集成系统的服务范围，更是必不可少的。
参考文献 １ｌｉＴＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．ＡＰＴＰａｒｔ ＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＭｃＧｒａｗ－－ＨｉｌｌＢｏｏｋＣｏｍｐａ— ｎｙ，ＮｅｗＹｏｒｋ；１９６７ ２中华人民共和国机械工业部标准ＪＢ３２０８—８３数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备功能Ｇ和辅助功能Ｍ的代码．１９８３ ３刘艳芳．许祥泰．数控机睐编程基础．青海省机械工业科技情报站，１９８７ （上接１５３页）８００ＭＷＢＨｅＯｉｌ＾１ＭｅＴｐｌｉｑＨｌ：，ｌＸｐｅｒｉｌ— Ｍａｘ．３以ｅｋＴｐＨｅｑｅｃＴＢｏ，１９７７．（３）４裒刚毅等．ＱＦＱＳ一２００—２型汽轮发电机负序能力试验．大电机技术，１９８４，（６）５在不平衡负荷下５０万千瓦汽轮发电机转子温度的测量．国外大电机，１９７８，（４）６Ｐｅａｙ．ｒｔｂＴａＴｂｌＨｃｃＪｚｅ且ｏＢａＨＨ丑ｋｐｙｌＩ— ＨＯＦＯｒ岫ｐｏｒｅｌｉｅｐａＴｏｐａＢＨｅＣＨＭＭｅ— ＴｐＨｑＨｂｌＸｐｅｍＨＭｆｌＸ．；３ＪＩｃｋＴｐＨｑｅｃｋｌｉｅＣＴａＨｌＩＨｌ４，１９８６，（６）７Ｇ．Ｎｅｉｄｈｏｆｅｒ（瑞士）．阻尼绕组在 汽轮甓电机转子中的怍用．国外大电机，１９７９，（４）８长野进等．大容量汽轮发电机的负序能 力国外大电机，１９８９，（３）９ＡｐｃｅＨｈｅＢＭ．Ａ．等．ＨＣＣＢｅＢｏＢａ— ＨＨｅａＪｌｅｋＴｐｏＴｅＨＪＩＯＢｂｌＸＩＩｏＪＩｅｎＢ３０ＨｅＨｏＨｅｐｅｑＨｂｌＸｋａｌｉａＢｏｋｐＯＴＯｐａＴｙｐ６０— ｒｅＨｅｐａｒｏｐａⅡｐＨＨｅｃＨＭＭｅＴｐＨⅥＨＨｘ ｐｅ摧ＨＭａｘ．３ｎｅｋＴｐｏＴｅｘＨ靠ｋ８，１９８０，（２） ｉＯＨｃｃＲｅ口ｏＢａＨＨｅａａｅｋｒｐｏＭａｒＨＨｒＨＨｘＨＴｅＭＨｅｐａＴｙｐＨＨｘⅡｏⅡｅＡＰｏＴｏｐａＴｙ６０ｒｅＨｅｐａＴｏｐａＴＢＢ一１２００—２ｎＰｌｉＨｅ—ＣＨＭＭｅＴｐＨｑＨＭＸｐｅａｑｌＭａｘＰａ６０Ｔｈｌ． ３＿『ＩｅｋＴｐｏｒｅｘＨＨｋａ，１９７８，（５）１１王绍禹等译．直接冷却汽轮发电机的运行．电力工业出版社，１９８０，（３） 　 １５９