1 問題的提出

在實際生產中，某些零件的形狀是由公式曲線或列表點曲線構成的回轉體。由于目前數控車床的數控系統只具有直線和圓弧的插補功能（G01和G02），因此對于這類零件的車削加工，必須按規定的精度要求對輪廓進行直線或圓弧逼近，擬合生成節點后才能編制數控程序。

以往一般是首先建立零件的數學模型，確定輪廓逼近計算方法，再利用BASIC或C語言等編制特定的程序來進行擬合節點計算，從而實現零件加工，這樣費時費力，操作過程十分繁瑣。現在，隨著CAD/CAM軟件應用的普及，CAD/CAM技術為此類零件的節點計算編程提供了更好的方法，與傳統方法相比，大大減少編程和調試時間，提高效率，擬合效果直觀，便于檢查和修改，同時也方便了產品的數據管理。目前使用的CAD/CAM軟件種類很多，以色列的CIMATRON軟件是其中一種，它是一套全功能、高度集成的CAD/CAM系統，被廣泛應用在機械、電子、交通、航空航天等行業，它的CAD模塊可進行復雜的零件曲面造型，CAM模塊可編制各種方式的加工路徑，包括數控車削、數控銑削、數控電火花線切割機等。

在利用CIMATRON軟件進行非圓輪廓車削編程中發現，其車削模塊功能僅限于直線擬合，無法進行圓弧擬合。由于直線擬合與圓弧擬合相比，各段連接處不光滑，輪廓度相對較差；而且在相同擬合精度下，數據段大大增加，程序容量大（一個上百段的直線擬合程序，如果用圓弧擬合編程可能只有十幾段），因此找到一種能實現非圓輪廓圓弧擬合的簡便方法，提高編程質量、零件加工質量和數控設備加工效率是十分必要的。

2 解決思路

通過不斷地摸索和嘗試，發現利用CIMATRON軟件自身的功能，再充分結合機床數控系統的特性，可快速、準確地實現非圓輪廓圓弧擬合編程，關鍵內容包括三個部分。

2.1CIMATRON軟件的CAM模塊

軟件的二維輪廓平面銑削模塊（PROFILE）具有直線擬合和圓弧擬合兩種功能，因此考慮將零件模型轉入平面銑削加工模式中，選擇圓弧擬合方式，同時將銑刀半徑值設為0，即讓刀具沿零件圖樣上的實際輪廓線進行加工，產生刀位文件，這樣就可以實現輪廓圓弧擬合銑削。

2.2CIMATRON軟件的后置處理

通過開發專用的后置處理程序對上述刀位文件進行處理，將銑削程序轉換為沿零件圖樣尺寸加工的車削程序。

2.3車床的數控系統

數控系統通常都具有刀具半徑補償功能（G41和G42），所以實際加工時，在車床的操作界面上輸入實際使用的車刀圓角半徑值，由數控系統自動計算來完成刀具半徑補償，從而最終實現對零件輪廓的正確加工。

3 具體操作方法

3.1零件CAD造型

要加工出合格產品的第一步就是建立準確的產品模型。啟動CIMATRON軟件，建立新模型文件，再進入造型模式（MODELING）。

3.1.1公式曲線

利用菜單USER→GEOMETRY→MATHCRV，可輸入公式曲線的參數方程，從而建立XOY平面上的輪廓母線。應當注意，雖然曲線位于XOY平面上，也必須輸入Z=0，不能忽略，否則出錯。

3.1.2列表點曲線

首先利用菜單POINT→SINGELPOINT→KEYIN，輸入零件每個點的X、Y坐標，接著利用菜單SPLINE→2DSPLINE，選擇曲線所在的XOY坐標平面，選擇擬合方式、擬合誤差及輸入的各個坐標點，即用樣條曲線擬合生成列表點曲線。

3.2零件CAM加工

將零件CAD模型轉入加工模式（NC）中。

1）選擇菜單CREAT→MILL2.5AXES→PROFILE（二維輪廓加工），進入加工操作界面。

2）根據工藝分析的裝夾位置、加工對刀點和起終點來設定零件CAM坐標系原點、加工路線及進、退刀方式，輸入切削參數（如FEEDRATES、SPINDLESPEED等），在擬合方式一欄中選擇CIRC.APROX（圓弧擬合方式），即產生輪廓銑削刀位文件，之后還可利用MANUALEDIT菜單進行刀位文件的編輯修改。

3.3后置處理程序

后置處理部分是處理與機床控制器直接相關的信息，它是把刀位文件作為輸入，經過處理，就可以輸出數控機床加工用的NC指令文件，由于CIMATRON軟件并沒有針對此種特殊情況（銑削路徑轉車削路徑）的后置處理程序，因此必須編制新的專用后置處理程序（文件后綴為EXF）。

CIMATRON軟件的后置處理程序由多個模塊構成，可通過提取相關的系統參數，來編制相應的指令功能。編制該后置處理程序文件的關鍵在于：進行零件CAM平面銑削加工時，加工坐標系MACSYS是建立在XOY坐標平面上的，而數控車床的實際加工坐標系是XOZ坐標平面，因此必須在后置處理中進行坐標轉換，即MACSYS坐標系中的X軸對應車床的Z軸，MACSYS坐標中的Y軸對應車床的X軸，同時由于車床程序中X值要求為回轉體的直徑坐標值，所以還必須對MACSYS坐標系中的Y軸坐標值進行關系運算。

在LINEARMOTION（直線插補模塊）、CIRCULARMOTION（圓弧插補模塊）中，分別編制如下語句。

IFSET（XCURPOS）OUTPUT"Z"XCURPOS；ENDIF；

YY=2*YCURPOS；

IFSET（YY）OUTPUT"X"YY；ENDIF；

其中XCURPOS、YCURPOS分別是X、Y當前坐標值，YY是計算的中間變量。

同理在程序頭、程序尾等模塊中對X、Y坐標值分別進行轉換，其余部分內容與通用的二維后置處理程序基本相同，同時應保證后置處理文件中編制的數控程序格式、指令代碼等與實際機床數控系統相匹配。新編制的后置處理文件（*.EXF）在CIMATRON上調試編譯通過（生成*.DEX文件）后方可使用，刀位文件通過該文件進行處理即產生適合機床加工的數控車削程序。

3.4調試和加工

將加工程序經網絡傳送至數控車床，加工時，首先找正工件，對刀進行坐標系偏置，將機床上的工件坐標系與CAM坐標系設成一致；接著在機床數控系統參數表中輸入實際車刀的刀尖圓角半徑，實現刀具半徑補償；最后改變加工路徑偏移量，實現輪廓粗、精車削加工。

4 結語

在非圓輪廓的數控車削編程過程中，將CIMATRON軟件與機床數控系統功能結合，快速、準確地產生圓弧擬合的數控程序，其編程效率高，擬合節點數少，程序短，大大優化數控程序，特別是它便于掌握，易于使用，為編程人員提供了一種理想的方法，在實際生產中得到了應用，效果良好。