第七章数控车床自动编程.doc

7 数控车床自动编程随着现代加工业的发展，实际生产过程中，比较复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，手工编程已满足不了实际生产的要求如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加工程序，在这种需求推动下，数控自动编程得到了很大的发展7. 1什么叫自动编程 自动编程又称为计算机辅助编程其定义是：利用计算机(含外围设备)和相应的前置、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序单和数控带的一种编程方式7. 2自动编程的工作过程自动编程的工作过程如图7-1所示 图7-1 自动编程的工作过程从自动编程的工作过程中可以看出，数控语言、编译程序和通用电子计算机是实现自动编程的必备条件7.2.1数控语言 数控语言是指其语言、语法程序所必需的一套规定语句及其应用规则 通过数控语言而编写的零件程序与用规定地址指令和格式编写的可直接用于机床的零件加工程序有着本质的区别，这种程序称为零件源程序，又称为计算机输入程序零件源程序是电子计算机进行各种处理工作的依据，其内容包括零件的形状、尺寸、刀具及其动作、切削条件等方面参数，以及机床的各种辅助功能等。

零件源程序(单和带)必须在自动编程的准备工作中，由手工方式提前准备好，以便计算机接收 7.2.2编译程序 为了使电子计算机识别零件源程序，必须在计算机内存放有处理零件源程序的软件，即编译程序编译程序可对其源程序的语句、语法进行检查(自诊断)，然后阅读、译码、分类，以及进行十→二进制数的转换等不同的编译程序可以处理不同的源程序7.2.3通用电子计算机 通用电子计算机是自动编程的核心设备，被称为自动编程的“主机”该计算机将其输入的零件源程序通过相应的编译程序进行翻译、轨迹计算及工艺处理等前置处理工作后，由针对特定机床和加工性质(车、铣、电等)的机内后置处理程序处理，然后通过联网的外围设备制成加工程序单和数控带7. 3自动编程的分类方法自动编程一般可按所用设备(编程系统)、插补类型和编程语言等进行分类，目前多按所用设备(除数控机床已具备其直接编程功能外)分类7.3.1微机自动编程以单板、单片微机作为自动编程的硬件设备，可称为价廉物美的选择其产品包括从低档(如电火花线切割机床用TP80l等)至高档(如加工中心用：HP一486/33u等)的多种型号、规格，但和大、中型通用计算机相比，其自动编程软件还存在着较大局限性。

7. 3. 2小型机自动编程 小型机自动编程系统的针对性强，通常具有一定的工艺处理及一些专用功能例如，德国的EXAPT-l(点位加工)、EXAPT-2(车削加工)和EXAPT-3(铣削加工)等属于这一类7. 3. 3大型机自动编程 大型机的字长通常为32位或64位，速度在1.0MIPS以上，内存2MB以上例如国内较多院校、研究机构和大型企业配置的IBM43××系列计算机多为这一类 目前，由于有APTX等高水平软件的支持，大型机自动编程系统越来越成熟，应用的领域也更加广阔7. 3. 4工作站自动编程 数控自动编程工作站(CAD/CAM)具有计算及图形交互处理功能，又被誉为“交钥匙”系统 工作站常以小型计算机为主机，并辅以多种硬件构成该工作站适用于2～5轴自动编程及数据库管理和网络通讯等7. 4自动编程的特点7. 4. 1编程系统的处理功能以APT编程系统为代表的自动编程，多数只能对前置处理阶段中的编程几何图形、刀具运动轨迹和后置(输出)处理阶段的各项目进行处理，其工艺处理方面的项目仍需由人工进行以EXAPT系统为代表的自动编程，除可进行上述各处理内容以外，还增加了较复杂的工艺处理：即在其系统软件中，存有指定机床、刀具、工件材料及切削用量等各种工艺文件，通过这些文件，可以自动选择毛坯、确定刀具、走刀路线及切削用量等。

有的编程系统还可以自动地确定加工过程所需要的全部信息和实现部分工艺过程的“最佳化"的处理功能7. 4. 2系统的运行方式 （1）全自动运行 以APT为代表的编程系统只须一次性输入全部数据(源程序内容)，系统即可一次性自动处理完成其编程工作，其间不需要人工对处理过程进行干预，自动化程度高但处理结果如有差错，则需通过修改其源程序后，再重新运行，有时需要反复运行多次，才能得到满意的加工程序 （2）人机对话运行这种运行方式是人与编程计算机之间，通过其键盘和屏幕等装置，给计算机某些数控语言之外的命令，以实现与计算机的“实时对话”这种运行方式有利于简化编程过程，缩短编程时间，减少编程差错，并且只需一次运行即可得到满意的结果7. 4. 3系统的信息处理 （1）前、后置处理分段大部分自动编程系统对源程序提供的信息均采用分段处理方式其前置处理不涉及到数控系统的具体指令、格式和机床的辅助功能，只与编程计算机的指令(语句)系统有关所以，其前置处理软件对各类数控机床(系统)均具有通用性，仅后置处理软件才具有专用性 （2）前、后置处理合一采用前、后置合一处理的典型方式为人机对话式自动编程系统，这类系统在信息处理过程中，不产生前、后置处理中的过渡(输入一输出)性文件，并将其两个处理阶段合并进行。

这种处理方式的专用性较强，一般只能针对具体的加工(如点位、车、铣等)方式进行7. 5自动编程的优点 （l）编程人员只须使用自动编程系统所规定的专用语言编写源程序，减少了数学分析和复杂计算，省去了手工填写零件的加工程序单及打制穿孔带等因此，人工的工作量较小 （2）处理迅速、准确，不易出错即使因源程序写错而造成程序出错，也能方便地查找，因为编程系统能自动输出产生错误的位置及类型 （3）编写源程序的过程简明、清晰，易于掌握新一代自动编程系统与传统的编程系统不同，操作者不需要学习任何一种专用编程语言；它又与会话式编程系统不同，描述零件轨迹时不必与计算机进行冗长和繁琐的对话 （4）源程序很短，并可以方便地插入较复杂的计算语句及数学公式，以解决各种特殊轨迹的编程需要 7. 6选择编程方法 对于手工编程，一般限制在二维平面内，并大多针对较简单的轮廓图形；对不太复杂的或精度要求不很高的非圆曲线，如编程者的数学计算能力及技巧均佳，也可采用手工编程对刚刚踏入数控加工领域的操作者，应以掌握手工编程的基本知识为重点，以为今后采用自动编程打牢基础 选择自动编程方法时，通常应考虑到以下一些因素。

7. 6. 1编程的难度 当手工编程相当困难或根本就不可能时应采用自动编程如列表曲线及多维曲面的加工程序，前者的计算量太大，难度也很大，后者则属完全不可能7. 6. 2设备条件 自动编程必须配有相应的设备，特别是通用电子计算机如果本单位或邻近单位有合适的自动编程系统或编程机时，则可考虑采用7. 6. 3时间和费用 对复杂轮廓图形采用自动编程时，虽然其费用较高，但与其高效率和高可靠性相比，仍不失为一种最佳选择；但对简单轮廓图形采用自动编程，不但体现不出高效率的优点，还要负担较高的机时费用，是极大的资源浪费 应该指出，有时在手工编程与自动编程之间并无严格的划分界限如较多数控电火花线切割机床都可配备以TP801为核心的自动编程机，其程序数值的计算和加工程序单的获得是自动进行的，而加工程序纸带则又由手工穿制；或不用自动输入，而采用人工敲键输入方式等在编程实践中，可以巧妙地利用机时费用较低的自动编程机，完成在手工编程中最棘手的基点或节点坐标值计算工作这种用自动辅以手工的编程方法，既提高了编程计算的效率和可靠性，又节省了编程费用，最适宜于对较复杂的二维平面轮廓图形所进行的编程工作7. 7自动编程的应用 自从世界上第一台数控机床诞生后，自动编程研究工作也随之开始。

1953年，美国麻省理工学院电子研究所在旋风I型电子计算机上，首次实现了自动编程(称APT-I自动编程系统)随后，又以APT系统为基础，于1958年开发了APT-Ⅱ系统，于1962年开发了APT-Ⅲ系统，于1970年开发了APT-Ⅳ系统 除美国先后发展了很多型号的自动编程系统外，国外其他较典型的自动编程系统有德国的EXAPT、日本的FAPT、法国的IFAPT和前苏联的CNC-T等我国在推广和应用自动编程方面，虽然起步较晚，但发展十分迅速随着数控加工技术和微机技术的发展，我国已有了自己的自动编程系统和应用软件，如CAM一251系统、SAPT会话型系统、IBM—PC等通用计算机采用的自动编程应用软件和三维曲面造型的SCAD自动编程系统软件；还有多种适应其系统的自动编程语言，如EAPT、SAPT、SKC和Z80汇编语言等7. 8自动编程的发展 自动编程技术发展很快，在不长的时间里，已经历了三代变化：第一代以计算机辅助计算复杂几何参数为特征；第二代可通过计算机选择毛坯、刀具及确定走刀路线等；第三代除可完成上述工作外，还能自动确定最佳的加工工艺参数，以解决工艺过程优化问题 下面简介几种新型自动编程系统。

7. 8. 1图形交互自动编程系统 这是一种直观性好、使用简便、速度快、精度高，并便于校验的先进编程系统采用该系统进行编程时，通常以专用计算机辅助设计(CAD)软件为基础，利用该软件的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成图形文件然后调用数控编程模块，采用人机交互对话(如输入相应的工艺参数等)的方式，计算机即可自动将零件的加工程序编制出来，并在计算机的屏幕上进行动态模拟显示7. 8. 2数控图形编程系统 该系统由光笔、荧光屏、键盘及与之联接的计算机组成编程时，编程人员用光笔和键盘在荧光屏上描绘出零件轮廓，然后使光笔沿着刀具加工零件的相应轨迹移动，计算机即可自动编制出该零件的加工程序并制出其数控带7. 8. 3语音数控自动编程(VNC)系统 电子语音识别技术与计算机(数控)技术的结合，产生了用音频数据(指令)输入的自动编程系统 该系统主要包括头戴送话器(小型话筒)、预信息处理机(语音翻译器)和小型计算机，必要时可配置图像显示器、电传打字机和数控带穿孔机等外围设备 编程时，编程人员不需具备专门的编程技术，也不需要编写和输入“源程序”，只要把规定使用的专门词汇(指令)按需要讲给话筒即可，计算机则会将编好的加工程序通过图像显示器、电传打字机或纸带穿孔机等外围设备输出。

总之，数控自动编程的发展趋势是，更快速、更可靠、更简便和性价比更好如可以直接输入CAD图形进行编程；工艺处理的专家系统软件用于优化编程；具有动态仿真功能，利于程序的校验和修正；系统的几何造型功能更强，算法更先进，理论更完善，误差更小；配置有通用性较强的后置处理程序，以适应不同加工的需要等等7. 9现代自动编程系统简介数控自动编程的初期是利用通用微机或专用的编程器，在专用编程软件（例如APT系统）的支持下，以人机对话的方式来确定加工对象和加工条件，然后编程器自动进行运算和生成加工指令，这种自动编程方式，对于形状简单（轮廓由直线和圆弧组成）的零件，可以快速得完成编程工作目前在安装有高版本数控系统的机床上，这种自动编程方式，已经完全集成在机床的内部（例如西门子810系统）但是如果零件的轮廓是曲线样条或是三维曲面组成，这种自动编程是无法生成加工程序的，解决的办法是利用CAD／CAM软件来进行数控自动编程随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统已逐渐过渡到以图形交互为基础，与。