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編程方式對加工表麵質量（liàng）的影響分析及解決方法（fǎ）

2022-9-2 來源（yuán）：武漢華中數控股份有限（xiàn）公司作者：巴峰遊幫泉鄭紅強張幼龍

摘要: 所謂數控加工程序，就是一個零件在 NC 機床上的加工順序、刀具移動的軌跡以及加工工藝參數和輔助（zhù）功能等信息，用字母代碼和數字以一定的格式（shì）編寫出來。根據零件的複雜程度（dù），可根據不同的編程方式使用手動編程或自動編程（chéng）。在實際數控加工應用中，為了提高工（gōng）作效率，降低編程（chéng）出錯（cuò）率、減少不必要的（de）勞動力等（děng）情況，多數數控加工采用自動編程，但由於（yú）某一些特殊應用環境下，如模型曲麵（miàn）的繪（huì）圖精度 , 模型在不同軟件的導入導出下精度缺失 , 三維轉二（èr）維圖形的點、線銜接（jiē）失真等因素，導致自動編程出現編程軌跡雜點或不均勻，從而導致（zhì）表麵質（zhì）量（liàng）缺陷。本文主要對此特殊應用時產生的不規則軌跡對加工表麵質（zhì）量（liàng）的影響分析，同時對（duì）該問題提出的一種解（jiě）決思路。

關鍵詞 : 數控程序 ; 插補 ; 加（jiā）工（gōng） ; 表麵質（zhì）量 ; 華中數控係統（tǒng） ; 勻順軌（guǐ）跡優化

1.引言（yán）

數控編程實際就是（shì）將二維輪廓軌跡或三維（wéi）曲麵造（zào）型（xíng）等軌跡轉化成數控係統能夠識別的 G 代碼，在編程中用得最多的 G 指令就是 G00 快速（sù）定位、G01 直（zhí）線插補、G02 順圓插補及 G03 逆圓插補（bǔ）。

所謂插補就是機床數控係統依照一定方（fāng）法（fǎ）確定（dìng）刀具運動軌跡的（de）過程，插補是一個實時進行的數據密化的過程，不論是何種插補算法（fǎ），運算原理基（jī）本相同，其作用都是根據給定的信息進行數據算，不斷計算（suàn）出參與插補運動的各坐標（biāo）軸的進給指令，然後分（fèn）別驅動各自相應的執（zhí）行部件產生協（xié）調（diào）動，以使被控機械部件按理想的路線與速度移動。

對於標準的（de）線、圓弧組成（chéng）的二維軌跡，我們可（kě）采（cǎi）用手動編（biān）程或自動編程，通過 G0、G01、G02、G03 等插補指令來模擬軌跡路徑（jìng），而對於不規則（zé）的曲線、樣條、曲麵造型等，就需要通過自動編程使用 G01 來（lái）逼近模擬路徑軌跡，這種全由（yóu）G01 直線插補逼近的軌跡俗稱小線段。

自動編程的軟件有很多，如UG、ASTERCAM、北京精雕、Powermill、CAXA 等。在編製程序前，都會對模型進（jìn）行處理，三維轉二維輪廓軌跡（jì），各模型（xíng）圖檔的文件導入（rù）導出，不同的（de）軟（ruǎn）件打開不同的模型文檔都可能會（huì）存在軌（guǐ）跡精度缺（quē）失，或標準輪廓從新以（yǐ）樣條構建的形式存在（zài），從而導致軟件編程（chéng）時出現噪點、拐角軌跡錯亂、軌跡不均勻、軌跡精度差等情況，造成加工表麵質量欠缺。為了解決這些因素造（zào）成的表麵（miàn）質（zhì）量（liàng），可以從二（èr）維三維圖檔處理（lǐ）、編程參數設定、係統算法處理（lǐ）三個（gè）方麵進行（háng）規避。

2. 常見（jiàn）模型（xíng）處理（lǐ）後的（de）程序編程引起的特殊軌跡分析

2.1 模型在不同的軟件導（dǎo）入導出後，提取線框編程時產生的（de）特殊軌跡各種（zhǒng）繪圖及（jí）編程軟件，如（rú） UG、MASTERCAM、CAD、Powermill 等，在使（shǐ）用（yòng）過程中經常會遇到模型之間的格式互相（xiàng）轉換，導（dǎo）入（rù）導出後在不同的軟件中打開進行編程，此時可能（néng）會出現模型的精度缺失，轉換後得模型（xíng）提取二維（wéi）線框時產生曲線打（dǎ）斷重組、樣條擬合（hé）的情況，造成編（biān）程時圓弧段軌跡產生步長不一致，無規則的直線圓弧拚接（jiē）的特殊軌跡。

二維線框圓（yuán）弧段被離（lí）散（sàn）重組離散後的曲線編程得到的程序軌（guǐ）跡

2.2 曲麵造型（xíng）時的精度與方式（shì），造成編程時產生的特殊軌跡對曲麵、拐角等進行造型時，往（wǎng）往由（yóu）於造（zào）型時曲麵精度的誤差、曲（qǔ）麵或拐角造型的方式（shì）、曲麵導入導出後失真、編程的參數影響等，在自動編程（chéng）時，可能會出現程（chéng）序軌跡不均勻，程序插補點雜亂，參差不齊的現象。

多拐角（jiǎo）曲麵造型放大後拐（guǎi）角處的程序節點軌跡（jì）

2.3 編程軟件及後處理造成的軌跡噪點不同的編程軟件，在曲麵造型時、或經過轉換處理的三維模型及二維線框模型，編（biān）程設置不同（tóng）的參數生成程序軌跡後，使（shǐ）用不同的後處理，可能程序的節點數會有明顯的區別，根據（jù）現場用戶不斷的反（fǎn）饋及案例調研，噪點存在的編程軌跡居多。

例如以下幾（jǐ）種常見形（xíng）式存在的噪點。

形式（shì） 1: 軌跡折返噪點

曲麵編程時，由於曲麵造型的失真，出現 0.01mm 以內的折返噪點

形式 2: 單軸方向噪點

X 軸單軸移動時（shí），出現（xiàn） 0.001mm 單軸反向噪點

3. 產生特殊軌跡後，對加工表（biǎo）麵質量（liàng）的影響分析

3.1 二維輪廓中的曲（qǔ）線打斷（duàn）重組、樣條擬合等情況，編程時圓弧段軌跡產生步長不一致，無規則的直線圓弧拚接的特殊軌跡，在程序段中直接體現為 G1G2 的連續程序段，會造成圓弧轉角處出現明顯深淺不一的豎紋或波浪塊狀紋。

3.2 曲麵精度的誤差、曲麵（miàn）或拐角造型的方式、曲麵導入導出後失真可能會出現程序（xù）軌跡節點不均勻，參差不齊（qí），在程序段（duàn）中（zhōng）直接（jiē）體現為不規則平滑的小線段程序，會造成拐角處出現過切痕。

3.3 編程（chéng）程（chéng）序中出現的噪點，經常會（huì）以不同的形式出現，微小線段的折返、微小線段（duàn）的單軸反向、同向軌跡（jì）中微小線段的夾角節點等，在程序段中直接（jiē）體現為單節點的異常點程序，會造成表麵噪點處多出單一切痕。

4. 對特殊軌跡（jì）造成的加工表麵質量解決方法（fǎ）

特殊軌跡對加工表麵質（zhì）量的影響分析中可以看出，一般多數是（shì）編程軌跡節點不均勻，異常噪點、曲線以微小線段直線插補與圓弧插補 G1G2代碼拚接的形（xíng）式，從（cóng）而引起速度加速度變化的一致性差，造成實際加工應用表麵質量缺陷。

解決方法（fǎ）1:通過編程手段解（jiě）決

針對曲線以（yǐ）微小線段直線插補（bǔ）與圓弧插（chā）補G1G2 代碼拚接形式（shì）的程序代碼，可通過編程軟件（jiàn）參數設置進（jìn）行相關（guān）設置，需要提高編程軌跡精度，進行圓弧離散編程。如 MasterCam2018、UG、第三方軟件處理源（yuán）程序（xù）等均可實現。

解決（jué）方法2:對模型進行補麵修補重造型處理在（zài）曲麵或拐角造型時，由於造型相切或位置時，設（shè）置過大的精度值（zhí），導（dǎo）致曲（qǔ）麵（miàn）拐角連接的平順性存在缺陷。或者模型的導入導出等因素造成模（mó）型圖素（sù）變形等情況，從而影

響編程時拐角或曲麵處出現程序節點不平滑，參差不齊的情況。一般情況下，可通過一下情況進行處理，但工作量會增加。

可通過補麵的方（fāng）式重塑模（mó）型，對有問題部分進行局部處理在進行曲麵的相切處理時，提高相切的精度誤差導入導出的模型（xíng）注意提高精度識別，如果變形產（chǎn）生誤差時，對局（jú）部要進行重塑曲麵處理程序編程（chéng）時，在不影（yǐng）響工件精度要求時，可適量放低軌跡的編程（chéng）精度上下偏差，同時對拐角進行平順處理注：此方法對工作人員的技術及工作量大，要求較高，實際應用中並不常（cháng）見。解（jiě）決方法3:通過數控係統端的軌跡算（suàn）法進行處理加工針對微直線段（duàn）和圓弧（hú）段混合、線（xiàn）段長度極度不（bú）均勻、線段轉（zhuǎn）角波動較大、噪點等（děng）軌跡缺陷，係統內部能夠進行前後程序段的預（yù）讀（dú）後（hòu），在誤差範（fàn）圍內，根據程序節點的（de）變化曲率（lǜ）進行軌跡節點的重新計算擬合和處理，從而控製加工軌跡及速度的一致性。

如華中數控係統的勻順功能，能夠快速有效地（dì）對上述軌跡缺陷進行勻順光順（shùn），在允差範圍內糾正程序指令（lìng）點，糾正後的指令點組成的加（jiā）工軌跡與原（yuán）始的加工軌跡相比（bǐ），長度及轉角都能均勻一致。

勻順示意圖

①對二維輪廓（kuò）實際應用色譜圖與實際加工效果的改善 :

②對（duì）三維曲麵拐角實際應（yīng）用（yòng）色譜圖（tú）與（yǔ）實（shí）際加工效果的改（gǎi）善 :

5．結語

在實際的加工應用中，不同（tóng）的編程員、不同的模型處理方法、不（bú）同的編程方式，直接對程序有很（hěn）大的影（yǐng）響，從而間（jiān）接的造成實（shí）際加工中的表麵質量欠缺。

不同的特殊代碼程（chéng）序，根據實際（jì）應用環境而定，可使用不同的處理方式。無論是手動優化、第三方軟件處理、重造（zào）型、曲麵拐角修補後（hòu）後處理（lǐ）、還（hái）是通過係統的內部軌跡優化算法（fǎ）內部處理等，最終達到我們需要的理想加工效果。

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