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编写数控加工程序主要有手工编程和计算机辅助编程(又称自动编程)两种方式，手工编程时，编程人员不仅必须具备零件的设计和制造知识，还必须具备熟练的编程技巧。对于结构复杂的零件，手工编程计算量大且易出错，很难满足生产的需要。自动编程具有手工编程所无法比拟的优势，它是CAD/CAPP/CAM集成系统的主要组成部分，是连接产品设计和制造的关键环节，广泛地应用于生产加工中。本文主要讨论回转类零件车削加工的自动编程。
1 走刀路线的选择
在自动编程系统中，确定刀具轨迹是关键的一步，而走刀路线不仅直接决定刀具加工轨迹，还影响加工质量和切削效率。确定走刀路线的一般原则是：
1) 保证加工精度和表面粗糙度；
2) 方便数值计算，减少编程工作量；
3) 缩短走刀路线，减少走刀空行程；回转类零件车削加工时，常用走刀路线如图1-图5所示。 （图片） （图片） （图片） （图片） （图片） 在图1中，刀具沿平行于轴线的方向运动，遇到工件轮廓后即按轮廓加工。其刀具轨迹计算方法简单，精加工余量均匀。
在图2中，刀具在整个切削过程中按轮廓形状走刀，其刀具轨迹计算较复杂。
在图3中，刀具沿平行于轴线的方向运动，遇到工件轮廓后即返回，然后进行下一次走刀循环。其刀具轨迹计算方法简单，但精加工余量不均匀。
图4和图5用于加工凹形体和槽、端面的加工。图4中刀具沿轴向作切削运动，适用于槽较长的情况。图5中刀具先径向切削再轴向走刀，适用于槽较短的情况。
2刀具轨迹的生成
可以认为，零件表面轮廓是由直线和圆弧组成，对于由其它曲线组成的表面轮廓段，根据加工精度的要求，可以采用插值算法将其离算为直线或圆弧。描述直线、圆弧的方法很多，本文中，直线用起点坐标和终点坐标描述，而圆弧则采用起点坐标、终点坐标、圆心坐标加以描述。为了区分直线和圆弧还必须增设一个标志位，标志位取值为零表示直线，否则表示圆弧。零件轮廓有内轮廓和外轮廓之分，而内轮廓和外轮廓的加工显然不同，所以内轮廓和外轮廓必须分别处理(内轮廓的加工本文不加讨论)。另外，圆角、倒角等零件的辅助结构往往安排在最后加工，因此辅助结构必须单独加以描述。这样对于零件的每一外轮廓段，除了描述其主要几何特征外，还应描述辅助结构、辅助结构和主要几何特征之间的从属关系、外轮廓段和外轮廓段之间的邻接关系。零件外轮廓段的数据结构如下右所示。（图片） 需要指出，零件辅助结构的描述与零件外轮廓段有所不同，例如在描述倒角时，我们并不使用起点和终点坐标，而是使用轴向尺寸和倒角角度。另外在描述时还必须指出辅助结构的位置(外轮廓段的左端、右端)。
在确定了零件每一外轮廓段的数据结构后，就不难建立整个零件外轮廓段的描述链，如图6所示。（图片）
图6在建立了上图整个零件外轮廓的描述链后，下面就讨论对应于具体的走刀方式刀具的轨迹计算。
图1的走刀路线
由每一次走刀的开始切削点作平行于轴线的直线，通过头指针访问外轮廓描述链的结点，先判断该结点对应的外轮廓段与直线是否相交。如果相交，求出交点，由直线的起点至相交点、相交点到终点对应的外轮廓段所确定的轨迹即为刀具轨迹。如果不相交，读入下一结点，重复上述步骤直至链表尾。在得到最终的刀具轨迹前必须加上退刀轨迹、进刀轨迹。
图2的走刀路线
在求图2所示走刀方式的刀具轨迹时，有的数控系统只是简单地将待加工轮廓沿加工方向整体偏移，但这种方法有时会产生表面干涉，只适用于某些简单情况。胡德计和吴会林的《数控车削中等轮廓切削加工轨迹的生成与优化[J].计算机辅助设计与制造》提出了一种算法，其实现步骤如下：
·建立待加工零件的外轮廓描述链。
·逐段偏移求交，进行拓扑检查以消除偏移轮廓的自交。
·采用平行合并和等距线裁剪优化方法得最终的加工轨迹。
其详细实现过程见原著。
图3的走刀路线由每一次走刀的开始切削点作平行于轴线的直线，访问外轮廓描述链的结点，判断该结点对应的外轮廓段与直线是否相交。如果相交，求出交点，由直线的起点至相交点所确定的轨迹即为刀具轨迹。如果不相交，读入下一结点，重复上述步骤直至链表尾。在得到最终的刀具轨迹前必须加上退刀轨迹、进刀轨迹。
图4和图5的走刀路线图4和图5所示走刀路线刀具轨迹的求取方法同前述类似，参照前述方法是不难求得的，在此不再赘述。
3 数控加工程序的生成
数控系统不同，数控加工程序的格式也不同，因此在生成数控加工程序前必须了解数控系统编程指令格式。
在数控编程中，工艺处理和刀具轨迹的计算部分被称为前置处理，而数控加工程序的生成部分则被称作后置处理。前置处理的数据可以作为数控加工的依据，但不能直接用于数据加工，只有在经过后置处理变成机床能识别的指令后，才能控制数控机床加工。
>在完成了工艺规划后，可通过前述方法求出刀具轨迹，并以文件的形式存储刀具轨迹的切削参数信息，文件由一系列具有如下结构的字段组成：刀具起点坐标、刀具终点坐标、主轴转速、刀具进给速度、刀具号、冷却液号。如果走刀轨迹为圆弧，还必须存储圆心坐标。该文件通过后置处理便可生成数控加工程序。生成数控加工程序的过程如下：首先，输出快速定位指令将刀具定位到起刀点，然后读入文件，对刀具的每段轨迹分别进行不同的加工指令处理，在切削加工结束时，还要完成刀具返回原点、关闭冷却液、机床停机等辅助工作，至此程序结束。
生成的数控加工程序是否正确，可通过加工仿真检验。通过仿真，用户不但可以获得加工过程的直观和形象的感觉，而且还能进行干涉检查，用户一旦发现有误可立即修改，从而达到经济地指导生产的效果。
华中理工大学机械学院自动化所 刘建平 龚时华 喻道远 段正澄
12/2/2006
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