技術(shù)引言

自動(dòng)編程

研究概況

1952年，美國的Person公司與麻省理工學(xué)院(MIT)合作研制出了的一臺三坐標數控銑床，為了解決

了數控機床的編程問(wèn)題，美國空軍與MIT合作于第二年研制成了APT系統，從此便開(kāi)始了數控加工和數控編程的發(fā)展進(jìn)程。 20世紀60年代著(zhù)眼于交互式繪圖系統和NC編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)，美國MIT的SUTHERLAND教授發(fā)表的“SKETCHPAD一人機會(huì )話(huà)系統”為計算機圖形設計系統和CAD/CAM提供了理論基礎。具有多坐標立體曲面自動(dòng)編程的APTIH的問(wèn)世，使數控編程從面向機床指令上升面向幾何元素的高層次編程。隨后，APT幾經(jīng)修改和充實(shí)，又出現了APTIV(改進(jìn)算法，增加了多坐標編程系統)、APT-AQ增加了切削數據庫管理系統)和APT-SS(增加了雕塑曲面編程系統)等。世界各國以APT為基礎開(kāi)發(fā)了具有獨自特色、專(zhuān)業(yè)性更強的APT衍生編程語(yǔ)言，如美國MDSI公司的Compact。用APT語(yǔ)言進(jìn)行數控編程，具有程序簡(jiǎn)練、易于控制走刀等優(yōu)點(diǎn)，但設計和編程之間只能通過(guò)圖紙來(lái)傳遞數據，圖紙解釋、工藝規劃靠工藝人員來(lái)完成，不能對刀具軌跡進(jìn)行驗證，易發(fā)生人為編程錯誤和造成重復工作等。步入20世紀70年代，圖形輔助數控編程GNC得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用，推動(dòng)了CAD/CAM向一體化方向發(fā)展，并逐步形成了計算機集成制造系統(CIMS)概念。GNC是一種面向制造的技術(shù)，它將零件的幾何顯示、走刀模擬、交互修改等不足，如1972年美國Lochead公司推出的CADAM系統，就融入了最新的GNC技術(shù)。1975年法國的達索飛機公司對引進(jìn)的CADAM系統進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，研制成功了CATIA系統，使其能進(jìn)行三維設計、分析和NC加工。80年代初，該公司成功地將CATIA應用于飛機吹風(fēng)模型地設計和加工，使生產(chǎn)周期從六個(gè)月下降為一個(gè)月。到了20世紀80年代，相繼出現了將設計和GNC成功結合和工程化、商業(yè)化CAD/CAM系統，如I-DEAS、CADDS、UG等，它們廣泛地應用于航空航天、造船機械、電子、模具等行業(yè)。

現狀及發(fā)展

我國數控加工及編程技術(shù)的研究起步較晚，其研究始于航空工業(yè)的PCL數控加工自動(dòng)編程系統SKC一1。在此基礎上，以后又發(fā)展了SKC-2、SKC-3和CAM251數控加工繪圖語(yǔ)言，這些系統沒(méi)有圖形功能，并且以2坐標和2.5坐標加工為主。我國從“七五”開(kāi)始有計劃有組織地研究和應用CAD/CAM技術(shù)，引進(jìn)成套的CAD/CAM系統，首先應用在大型軍工企業(yè)，航天航空領(lǐng)域也開(kāi)始應用，雖然這些軟件功能很強，但價(jià)格昂貴，難以在我國推廣普及?！鞍宋濉庇忠M(jìn)了大量的CAD/CAM軟件，如:EUCLID-15、UG、CADDS、I-DEAS等，以這些軟件為基礎，進(jìn)行了一些二次開(kāi)發(fā)工作，也取得了一些應用成功，但進(jìn)展比較緩慢。

我國在引用CAD/CAM系統的同時(shí)，也開(kāi)展了自行研制工作。20世紀80年代以后，首先在航空工業(yè)開(kāi)始集成化的數控編程系統的研究和開(kāi)發(fā)工作，如西北工業(yè)大學(xué)成功研制成功的能進(jìn)行曲面的3~5軸加工的PNU/GNC圖形編程系統；北京航空航天大學(xué)與第二汽車(chē)制造廠(chǎng)合作完成的汽車(chē)模具、氣道內復雜型腔模具的三軸加工軟件，與331廠(chǎng)合作進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機葉輪的加工;華中理工大學(xué)1989年在微機上開(kāi)發(fā)完成的適用于三維NC加工的軟件HZAPT;中京公司和北京航空航天大學(xué)合作研制的唐龍CAD/CAM系統，以北京機床所為核心的JCS機床開(kāi)發(fā)的CKT815車(chē)削CAD/CAM一體化系統等。

到了20世紀90年代，響應國家開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權的CAD/CAM的號召，開(kāi)始了自行研制CAD/CAM軟件的工作，并取得了一些成果，如：由北京由清華大學(xué)和廣東科龍(容聲)集團聯(lián)合研制的高華CAD、由北京北航海爾軟件有限公司(原北京航空航天大學(xué)華正軟件研究所)研制的CAXA電子圖板和CAXAME制造工程師、由浙江大天電子信息工程有限公司開(kāi)發(fā)的基于特征的參數化造型系統GSCAD98、由廣州紅地技術(shù)有限公司和北京航空航天大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基于STEP標準的CAD/CAM系統金銀花。由華中理工大學(xué)機械學(xué)院開(kāi)發(fā)的具有自主版權的基于微機平臺的CAD和圖紙管理軟件開(kāi)目CAD、南京航空航天大學(xué)自行研制開(kāi)發(fā)的超人2000CAD/CAM系統等，其中有一些系統已經(jīng)接近世界水平。雖然我國的數控技術(shù)己開(kāi)展多年，并取得了一定的成效，但始終未取得較大的突破。從總體來(lái)看，先進(jìn)的是點(diǎn)，落后的是面，我國的數控加工及數控編程與世界先進(jìn)水平相比，約有10一15年的差距，差距主要包涵以下幾個(gè)方面：數控技術(shù)的硬件基礎落后，CAD/CAM支撐的軟件體系尚未形成，CAD/CAM軟件關(guān)鍵技術(shù)落后。

技術(shù)分類(lèi)

自數控機床問(wèn)世以來(lái)，一些先進(jìn)的工業(yè)國家都在大力開(kāi)展自動(dòng)編程技術(shù)，特別是近年來(lái)隨著(zhù)計算機

輔助設計與制造的發(fā)展，自動(dòng)編程越來(lái)越受到重視。自動(dòng)編程系統發(fā)展到今天，己經(jīng)出現了品種繁多，功能各異的編程系統。從國際范圍來(lái)看，使用較為普遍的系統主要有三種：數控語(yǔ)言編程系統；會(huì )話(huà)式編程系統；數控圖形編程系統。

數控語(yǔ)言編程系統是最早研制的，也是目前應用最廣泛的自動(dòng)編程系統。它是用數控語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)零件加工的源程序。與其他類(lèi)型的自動(dòng)編程系統相比，他是迄今為止應用最廣泛、功能最強、通用性最廣、技術(shù)最成熟的系統。APT是自動(dòng)編程工具的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運動(dòng)等進(jìn)行定義時(shí)所使用的一種接近英語(yǔ)符號的語(yǔ)言。把用APT語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的零件加工程序輸入計算機，經(jīng)計算機的APT語(yǔ)言編程系統編譯產(chǎn)生刀位文件，然后進(jìn)行數控加工后置處理，生成數控系統能接受的零件數控加工程序，稱(chēng)為APT語(yǔ)言自動(dòng)編程。采用APT語(yǔ)言編制數控加工程序具有程序簡(jiǎn)練、走刀控制靈活等特點(diǎn)，使數控加工編程從面向機床指令的“匯編語(yǔ)言”級，上升到面向幾何元素的點(diǎn)、線(xiàn)、面的高級語(yǔ)言級。由于計算機自動(dòng)編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數值計算工作，并省去了編寫(xiě)程序單的工作量，因而可將編程效率提高數倍到數十倍，同時(shí)解決了手工編程中無(wú)法解決的許多復雜零件的編程問(wèn)題。但APT仍有如下缺點(diǎn)與不足：零件的設計與加工之間用圖紙傳遞數據，阻礙了設計與制造的一體化；同時(shí)工藝過(guò)程規劃要工藝人員完成，對用戶(hù)的技術(shù)水平要求較高，既困難又容易出錯；用妙T語(yǔ)言描述零件模型一方面受語(yǔ)言描述能力的限制，另一方面也使妙T系統幾何定義過(guò)于龐大;APT語(yǔ)言缺少對零件形狀、刀具運動(dòng)軌跡的直觀(guān)圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段。這些缺點(diǎn)阻礙了編程效率和質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

會(huì )話(huà)式自動(dòng)編程系統為了克服數控語(yǔ)言編程系統的一些缺陷，在其基礎上發(fā)展了會(huì )話(huà)式自動(dòng)編程系統，以日本的FAPT為例，其會(huì )話(huà)式編程系統除了幾何定義語(yǔ)句、刀具運動(dòng)語(yǔ)句與原來(lái)的APT基本相同以外，由于增加了可以進(jìn)行會(huì )話(huà)的命令，這樣它不僅能處理原來(lái)的APT零件源程序，而且還具有以下功能：可以隨時(shí)執行或暫停程序中的任意語(yǔ)句或語(yǔ)句組；可以隨時(shí)變更零件源程序，如刪去某些語(yǔ)句，修改或插入某些語(yǔ)句；對以前定義過(guò)的零件源程序的點(diǎn)或直線(xiàn)等數據，在以后的零件源程序中可以不再定義并加以使用；隨時(shí)可打印或不打印程序單或某一中間處理結果，如點(diǎn)、直線(xiàn)、圓的數據等；隨時(shí)可打印出修面向圖形特征的自動(dòng)數控編程技術(shù)研究改后的零件源程序單。但是，會(huì )話(huà)式編程系統也有其自身的缺點(diǎn)，主要是輸入零件信息時(shí)要有一個(gè)將圖紙信息進(jìn)行轉換的過(guò)程，這種轉換過(guò)程由編程人員完成，因此容易產(chǎn)生人為錯誤。

數控圖形編程系統是一種計算機輔助編程技術(shù)，它通過(guò)專(zhuān)用的計算機軟件來(lái)實(shí)現。這種軟件通常以機械計算機輔助設計(CAD)軟件為基礎，利用CAD軟件的圖形編輯功能，將零件的幾何圖形繪制到計算機上，形成零件的圖形文件；然后調用數控編程模塊，采用人機交互的方式在計算機屏幕上指定被加工的部位，再輸入相應的加工工藝參數，計算機便可以自動(dòng)進(jìn)行必要的數學(xué)處理并編制出數控加工程序，同時(shí)在計算機屏幕上動(dòng)態(tài)地顯示刀具的加工軌跡川。因為這種方法很大限度地減少了人為錯誤，很大限度地提高了編程效率和質(zhì)量，被認為是目前效率較高的編程方法。更重要的是，由于圖形編程系統是從加工零件圖來(lái)生成數控加工指令單，計算機輔助設計的結果是圖形，故可利用CAD系統進(jìn)行工件的設計，然后經(jīng)過(guò)CAPP生成數控機床上使用的工序卡，即可生成數控加工指令單。很顯然，這種編程方法具有速度快、精度高、直觀(guān)性、使用簡(jiǎn)便、便于檢查等優(yōu)點(diǎn)，因此，“圖形交互式自動(dòng)編程”已經(jīng)成為目前國內外先進(jìn)的CAD/CAM軟件所普遍采用的數控編程方法。日本FANVC公司在FAPT編程系統基礎上開(kāi)發(fā)了SFAPT系統。這種方法是在生產(chǎn)現場(chǎng)和數控裝置上，利用數控裝置的計算機、顯示屏幕(CRT)和圖形對話(huà)功能直接進(jìn)行編程，故被稱(chēng)為圖形人機對話(huà)編程系統。這種系統在數控車(chē)床、銑床上已有應用。以數控車(chē)床上的編程為例來(lái)說(shuō)明這一方法和系統的概況。在數控系統上先用鍵盤(pán)輸入被加工工件的毛坯圖形和尺寸，在毛坯圖形上繪出零件的圖形和尺寸；選定并繪出機床坐標系、機床原點(diǎn)、工件坐標系、換刀位置并確定所用刀具；然后在零件圖上顯示加工部位，確定加工工序和給定所用切削工藝參數:最后在零件與毛坯圖上選定走刀路線(xiàn)，走刀次數，系統據此進(jìn)行必要的計算；根據給定的工序和走刀路線(xiàn)，可以對工序進(jìn)行增刪和編輯。這樣，無(wú)需轉換成程序介質(zhì)，機床便能按上面所確定的加工工序、加工路線(xiàn)與工藝參數自動(dòng)加工出所需要的零件。根據需要也可以將上述的程序與內容存儲，以便保存或作為再次加工時(shí)輸入之用。

發(fā)展趨勢

20世紀70年代出現并迅速發(fā)展起來(lái)的GNC技術(shù)推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展，促使計算機

集成制造系統(CIMS)興起。作為現代制造新生產(chǎn)模式的CIMS，成為各國競相發(fā)展的高技術(shù)，我國“863”己將CIMS作為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域。作為CIMS主要內容的數控加工自動(dòng)編程技術(shù)，出現了向集成化、可視化、網(wǎng)絡(luò )化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展的趨勢。

技術(shù)原理

自動(dòng)編程是借助計算機及其外圍設備裝置自動(dòng)完成從零件圖構造、零件加工程序編制到控制介質(zhì)制

作等工作的一種編程方法。它的一般過(guò)程：首先將被加工零件的幾何圖形及有關(guān)工藝過(guò)程用計算機能夠識別的形式輸入計算機，利用計算機內的數控編程系統對輸入信息進(jìn)行翻譯，形成機內零件的幾何數據與拓撲數據；然后進(jìn)行工藝處理，確定加工方法、加工路線(xiàn)和工藝參數；通過(guò)數學(xué)處理計算刀具的運動(dòng)軌跡，并將其離散成為一系列的刀位數據；根據某一具體數控系統所要求的指令格式，將生成的刀位數據通過(guò)后置處理生成最終加工所需的NC指令集；對NC指令集進(jìn)行校驗及修改；通過(guò)通訊接口將計算機內的NC指令集送入機床的控制系統。整個(gè)數控自動(dòng)編程系統分為前置處理和后置處理兩大模塊。

VB數控

JAVANC

參考文獻

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