數控加工自動編程系統的實現及技術分析

張建民

摘 要：機械制造行業作為國民經濟基礎和國家國際競爭力的主要體現方式，受到數控加工技術的影響，近幾年來也發生著日新月異的變化。數控加工是現代工業的核心技術之一，越來越受到機械加工行業的重視與普遍應用，文章簡要概括了自動編程系統的優勢，分析了數控加工自動編程系統的實現技術，并對數控技術的未來應用與技術進步要求進行了簡要分析，供大家借鑒參考。

關鍵詞：數控加工；自動編程；CAM；坐標

自從1955年在美國推出世界第一個自動編程系統以來，數控加工自動編程在工業發展之路上已被越來越多的人所重視。當今制造科學、信息科學、材料科學、生物科學等四大支柱科學相互依存，但后三種科學必須依靠制造科學才能形成產業和創造社會物質財富。機械制造業是任何其他高新技術實現工業價值的最佳集合點。例如，快速原型成型機、虛擬軸機床、智能結構與系統等，已經遠遠超出了純機械的范疇，而是集機械、電子、控制、計算機、材料等眾多技術于一體的現代機械設備，機械制造業的發達程度是表征一個國家綜合國力強弱的一個重要標志，而機械制造業的發展和進步在很大程度上取決于機械制造技術的發展和進步。

數控加工自動編程系統在航天、造船、建筑機械、汽車模具與制造等機械領域中的普遍應用，讓企業大大縮短了產品的加工時間，提高了產品的加工質量和加快了產品的更新換代速度，所以在競爭激烈的大經濟環境下，發展出效率更高、質量更好的自動編程系統，必將是人們未來不斷追求完美目標。

1 自動編程系統的優勢

相對于傳統的手動編程，自動編程以其強大的靈活性和簡便性被越來越多的行業和人員所接受，并且仍在被不斷改良，自動編程優于手動編程主要體現在以下幾個方面。

（1）數學運算處理能力強。對于手工編程難以完成的，像空間曲面零件以及程序量很大的零件自動編程就輕松多了。

（2）能快速、自動生成數控程序。對非圓曲線的輪廓加工，手工編程會因為節點數過多程序段很大而使編程進度慢且容易出錯，自動編程在完成計算刀具運動軌跡之后，會在極短時間內自動生成數控程序且不會出錯。

（3）后置處理程序靈活多變。前置處理可以通用化，但后置處理相比前置處理工作量要小的多，而且它靈活多變，能適應不同的數控機床。

（4）程序自檢、糾錯能力強。手工編程時，書寫筆誤、算式錯誤、程序格式出錯，靠人工糾正費時又費力，采用自動編程，能自動糾正，省時省力。

（5）便于實現與數控系統通訊。自動編程系統通訊在無需再制備穿孔紙帶等控制介質的條件下可以把自動生成的數控程序經通訊接口直接輸入數控系統，達到控制數控機床加工的目的，不用擔心數控系統內存不夠大，做到邊輸入，邊加工，提高效率，縮短周期。

2 數控加工自動編程系統的實現及技術分析

數控機床的自動編程是怎么實現的呢？機械數控專業出身的人都知道是用CAM（computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）軟件實現的。像比較常用的mastcam系統。CAD/CAM系統自動編程首先是利用CAD模塊生成相應的幾何圖形，然后再采用人與機器相互交換的實時對話方式，在指定被加工部位的計算機上自動輸入相對應的加工幾何參數，計算機便經過在線的數學處理編程出數控加工程序，同時刀具的加工軌跡便在計算機屏幕上已動態的形式被顯示出來了。計算機數值控制（簡稱數控）是CAM的核心，是它讓將計算機系統應用于了制造生產中。早在1952年數控銑床就在美國麻省理工學院被研制成功，那時候數控是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床的。此后發展出了一系列包括稱之為“加工中心”的多功能機床在內的的數控機床，通過數控程序指令的改變就能從刀庫中自動轉換和自動換刀，完成連續的銳、鉆、餃、攻絲等多道復雜工序，流行的“柔性”一詞就是對這種加工靈活性的褒獎。數控除了在機床應用以外，在其它各種設備的控制上也應用甚廣，如火焰或等離子切割、數控焊接機器人、激光束加工儀器、自動繪圖儀、油漆噴涂機器人、自動編織機、電腦繡花、自動雕刻機等，數控機床是機、電、液、氣、光五種元素高度一體化的智能產品。我們首先要用幾何信息來描述刀具和工件間的相對運動和一些必要的工藝參數（進給速度、主軸正反轉、主軸轉速、換補刀）。然后在相應的磁盤、穿孔紙帶、磁帶等信息載體上利用數控系統讀入將這些信息按一定的格式形成數控加工程序，從而使數控機床動作生產加工零件。接下來介紹一下數控加工中心，它比數控機床多了帶有刀庫和自動換刀裝置。有了這些裝置加工中心就能自動的換刀，從而能連續地對工件的各個加工表面進行鉆削、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、銑削等多種工序的加工。作為一種加工功能很強，更加智能化機器，它的主要功能還是體現在銑削功能上，并不是所有的工件都適用于加工中心上，當加工對象為形狀復雜、工序多且繁瑣、精度要求高的工件才適用于加工中心。而且在數控加工中心上加工的半成品大多屬于平面類零件，因為平面類的一般只須用3坐標數控銑床的兩坐標聯動就可以把它們加工出來。

3 數控自動化對未來工業發展的關鍵作用

新產品更新換代周期加快，縮短產品研制生產周期以柔性與快速地響應市場需求也成為企業發展的方向。技術方面，我國現代的三坐標加工數控系統已經比較成熟，多軸加工在加工復雜形狀零件的能力、質量和效率上有所欠缺。國際大環境下多軸聯動的數控技術正一步一步成熟起來，像瑞典的ABB機器人操作系統、松下焊接機器人、酷卡機器手都是多軸聯動的數控自動化機器，因為零件形狀的復雜多變，所以多軸加工編程較復雜，要實現較通用的多坐標自動編程有較大難度。像工業機器手就采用了在線編程的技術，用坐標系操作機器手后，示教器上就顯示出了對應的加工程序，方便易學。

現代工業日益增多的復雜形狀零件以及更加高精密的儀器設備，使我們對數控自動編程技術提出了越來越高的要求，開發研究復雜加工表面半成品以及多軸加工數控編程加工技術也成為相關研究人員研究的方向。數控機床向高速化方向發展也越來越明顯，優勢在于不僅大幅度提高加工效率降低加工成本，而且還提升了工件加工精度，真正實現了高效、優質、低成本三大優勢。為滿足汽車、農機等行業的需求，開發研究生產的一批高速、高效的響應的數控機床開發也受到市場的歡迎。

參考文獻

[1]楊勇，王時龍，周杰，等.基于自動編程系統的大型滾齒機熱誤差補償[J].計算機集成制造系統，2013（3）.

[2]趙林林.基于光纖技術的數控等離子切割機抗干擾系統設計[D].大連交通大學，2014.

[3]唐先存.等離子坡口切割弧壓高度控制器的研制[D].大連交通大學，2013.

[4]田芳勇，胡赤兵，姜衍倉.非圓齒輪滾齒加工的一種自動對刀方法[J].蘭州理工大學學報，2010（4）.

[5]寧可慶.DSPHPI口與ARM9總線接口的WINCE下設計實現[J].信息系統工程，2010（5）.