数控加工自动编程系统的实现及技术分析

张建民

摘 要：机械制造行业作为国民经济基础和国家国际竞争力的主要体现方式，受到数控加工技术的影响，近几年来也发生着日新月异的变化。数控加工是现代工业的核心技术之一，越来越受到机械加工行业的重视与普遍应用，文章简要概括了自动编程系统的优势，分析了数控加工自动编程系统的实现技术，并对数控技术的未来应用与技术进步要求进行了简要分析，供大家借鉴参考。

关键词：数控加工；自动编程；CAM；坐标

自从1955年在美国推出世界第一个自动编程系统以来，数控加工自动编程在工业发展之路上已被越来越多的人所重视。当今制造科学、信息科学、材料科学、生物科学等四大支柱科学相互依存，但后三种科学必须依靠制造科学才能形成产业和创造社会物质财富。机械制造业是任何其他高新技术实现工业价值的最佳集合点。例如，快速原型成型机、虚拟轴机床、智能结构与系统等，已经远远超出了纯机械的范畴，而是集机械、电子、控制、计算机、材料等众多技术于一体的现代机械设备，机械制造业的发达程度是表征一个国家综合国力强弱的一个重要标志，而机械制造业的发展和进步在很大程度上取决于机械制造技术的发展和进步。

数控加工自动编程系统在航天、造船、建筑机械、汽车模具与制造等机械领域中的普遍应用，让企业大大缩短了产品的加工时间，提高了产品的加工质量和加快了产品的更新换代速度，所以在竞争激烈的大经济环境下，发展出效率更高、质量更好的自动编程系统，必将是人们未来不断追求完美目标。

1 自动编程系统的优势

相对于传统的手动编程，自动编程以其强大的灵活性和简便性被越来越多的行业和人员所接受，并且仍在被不断改良，自动编程优于手动编程主要体现在以下几个方面。

（1）数学运算处理能力强。对于手工编程难以完成的，像空间曲面零件以及程序量很大的零件自动编程就轻松多了。

（2）能快速、自动生成数控程序。对非圆曲线的轮廓加工，手工编程会因为节点数过多程序段很大而使编程进度慢且容易出错，自动编程在完成计算刀具运动轨迹之后，会在极短时间内自动生成数控程序且不会出错。

（3）后置处理程序灵活多变。前置处理可以通用化，但后置处理相比前置处理工作量要小的多，而且它灵活多变，能适应不同的数控机床。

（4）程序自检、纠错能力强。手工编程时，书写笔误、算式错误、程序格式出错，靠人工纠正费时又费力，采用自动编程，能自动纠正，省时省力。

（5）便于实现与数控系统通讯。自动编程系统通讯在无需再制备穿孔纸带等控制介质的条件下可以把自动生成的数控程序经通讯接口直接输入数控系统，达到控制数控机床加工的目的，不用担心数控系统内存不够大，做到边输入，边加工，提高效率，缩短周期。

2 数控加工自动编程系统的实现及技术分析

数控机床的自动编程是怎么实现的呢？机械数控专业出身的人都知道是用CAM（computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）软件实现的。像比较常用的mastcam系统。CAD/CAM系统自动编程首先是利用CAD模块生成相应的几何图形，然后再采用人与机器相互交换的实时对话方式，在指定被加工部位的计算机上自动输入相对应的加工几何参数，计算机便经过在线的数学处理编程出数控加工程序，同时刀具的加工轨迹便在计算机屏幕上已动态的形式被显示出来了。计算机数值控制（简称数控）是CAM的核心，是它让将计算机系统应用于了制造生产中。早在1952年数控铣床就在美国麻省理工学院被研制成功，那时候数控是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床的。此后发展出了一系列包括称之为“加工中心”的多功能机床在内的的数控机床，通过数控程序指令的改变就能从刀库中自动转换和自动换刀，完成连续的锐、钻、饺、攻丝等多道复杂工序，流行的“柔性”一词就是对这种加工灵活性的褒奖。数控除了在机床应用以外，在其它各种设备的控制上也应用甚广，如火焰或等离子切割、数控焊接机器人、激光束加工仪器、自动绘图仪、油漆喷涂机器人、自动编织机、电脑绣花、自动雕刻机等，数控机床是机、电、液、气、光五种元素高度一体化的智能产品。我们首先要用几何信息来描述刀具和工件间的相对运动和一些必要的工艺参数（进给速度、主轴正反转、主轴转速、换补刀）。然后在相应的磁盘、穿孔纸带、磁带等信息载体上利用数控系统读入将这些信息按一定的格式形成数控加工程序，从而使数控机床动作生产加工零件。接下来介绍一下数控加工中心，它比数控机床多了带有刀库和自动换刀装置。有了这些装置加工中心就能自动的换刀，从而能连续地对工件的各个加工表面进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、铣削等多种工序的加工。作为一种加工功能很强，更加智能化机器，它的主要功能还是体现在铣削功能上，并不是所有的工件都适用于加工中心上，当加工对象为形状复杂、工序多且繁琐、精度要求高的工件才适用于加工中心。而且在数控加工中心上加工的半成品大多属于平面类零件，因为平面类的一般只须用3坐标数控铣床的两坐标联动就可以把它们加工出来。

3 数控自动化对未来工业发展的关键作用

新产品更新换代周期加快，缩短产品研制生产周期以柔性与快速地响应市场需求也成为企业发展的方向。技术方面，我国现代的三坐标加工数控系统已经比较成熟，多轴加工在加工复杂形状零件的能力、质量和效率上有所欠缺。国际大环境下多轴联动的数控技术正一步一步成熟起来，像瑞典的ABB机器人操作系统、松下焊接机器人、酷卡机器手都是多轴联动的数控自动化机器，因为零件形状的复杂多变，所以多轴加工编程较复杂，要实现较通用的多坐标自动编程有较大难度。像工业机器手就采用了在线编程的技术，用坐标系操作机器手后，示教器上就显示出了对应的加工程序，方便易学。

现代工业日益增多的复杂形状零件以及更加高精密的仪器设备，使我们对数控自动编程技术提出了越来越高的要求，开发研究复杂加工表面半成品以及多轴加工数控编程加工技术也成为相关研究人员研究的方向。数控机床向高速化方向发展也越来越明显，优势在于不仅大幅度提高加工效率降低加工成本，而且还提升了工件加工精度，真正实现了高效、优质、低成本三大优势。为满足汽车、农机等行业的需求，开发研究生产的一批高速、高效的响应的数控机床开发也受到市场的欢迎。

参考文献

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