自动数控编程

wujun12

一、概述
数控加工程序的编制是数控加工技术的重要方面，程序编制水平直接影响到零件加工的质量和效率。因此，高质量、高效率的编程方法，一直是数控技术研究的重要课题之一，目前国内外研究开发了大量的数控自动编程软件。
数控自动编程系统主要由硬件和软件组成。硬件主要由计算机、穿孔机、绘图机、磁盘或磁带等外部设备组成；软件主要包括编程语言和程序系统(编译系统)。
5 X6 K) C# W( s# P1 p% w6 n' k编程浯言是一套规定的基本符号、字母、数字和用它们描述零件加工的语法、词法规则。这些符号和规则接近于车间日常用浯，用来描述被加工零件的几何形状、几何元素间的相互关系、刀具运动轨迹以及一些必要的工艺参数等。编程语言易读、易懂、易于修改。
自动编程的方法是由编程人员根据零件图的要求，进行工艺分析，用编程语言在计算机上编写零件加工的源程序，将该源程序送入计算机，经过计算处理后，计算机便自动地输出零件数控加工程序单，绘出零件加工刀具运动中心轨迹，制作穿孔纸带。自动编程的过程框图如图2-25所示。

为了处理源程序，必须有一套预先存放在计算机内的零件源程序处理的程序，即所谓“编译程序”。该程序将零件的源程序翻译成计算机能够接受的机器语言，并进行主信息处理和后置处理。其中，主信息处理完成数值计算、刀具中心轨迹计算，并制定辅助功能等工作。后置处理则针对不同的数控机床的数控系统，将主信息处理后的数据转换成该数控系统规定的数控加工程序。
二、数控自动编程语言APT
5 ~* X  B" }) a# y- Z自20世纪50年代美国最早研制成APT(Automatically Programmed Tools)系统以来，现在许多工业发达国家也已研制了很多的数控自动编程系统。如：美国的ADAPT、AUTOSPOT；英国的2C、2CL、2PC；德国的EXAPT—1(点位)、EXAPT—2(车削)、EXAFF—3(铣削)；法国的IFAPT—P(点位)、IFAPT—C(轮廓)、IFAPT—CP(点位、轮廓)；日本的FAPT、HAPT等。
& @$ b. r: K2 {9 H  j我国自20世纪60年代中期开始了数控自动编程方面的研究，已开发出ZCX—1、ZCX—2、SKC等多种类型的实用自动编程系统。
在各种自动编程系统中，APT系统是最具代表性的系统之一，以下概略介绍APT系统。
APT语言使用类似英语语言来描述，非常接近人们常用语言的形式，便于记忆、编写，用APT语言编写的零件源程序由APT处理系统能识别的语句和数据组成。
  u5 p3 u) i' F(一)APT语言的主要语句
9 T& B: ]- v$ r1．刀具形状语句
% ]/ N7 B$ {/ }) W% Z9 p  }" \. [/ d8 h如：CUTTER／1，0.25
4 w" P: Z1 k% Z) e5 d5 m表示直径为1英寸，顶端为平端，角部半径为0．25英寸的刀具。
2．几何定义语句
. ?/ G5 J. w. `. [) \4 c' z几何定义语句用来说明零件轮廓的几何形状、进刀点位置和进刀方向等。它是下面描述
  Y0 ^) C" y. d. ^" b7 f  w6 A- H2 C走刀路线的基础，一般的表达形式为
(几何元素标识符)=(几何元素类型字)／(几何元素定义方式)
) o' b0 C5 C7 F) N: V3 x1 |. R等号左边是用户为各个几何元素所起的名字，便于以后引用。等号右边是APT的专用字
/ D4 z1 p$ g$ z和给定的几何定义形式及参数。APT语言提供的几何定义的类型有：点(POINT)定义、直线
(LINE)定义、圆弧(CIRCLE)定义、平面(PLANE)定义、圆柱面(CYLNDR)定义、一般二次曲线
(GCONIC)定义、球面(SPHERE)定义等10余种几何定义类型，每种类型的几何元素又有多种
/ j& ]8 {) j& J$ X& m3 {& Z" o定义形式。
& S: p; @  [6 P; g$ Z如：P1二POINT／2，3，0
表示为x=2、y=3、z=0的三维坐标点"P1”。
如：L2二LINE／P1，ATANGL，30
表示通过点P1、与x轴成30度角的直线。
! H% z8 A+ ]8 K6 l如：C3=CIRCLE／CENTER，P1，RADIUS，3．5
* @! c# l$ v  L4 K% ?表示圆弧中心为P1、半径为3．5英寸的圆。
3．允差语句
- W1 z0 F& _" M3 ~" `9 A如：OUTTOL/.001
& z$ B& `- c% s* Q! y表示工件轮廓外侧误差允许值为0．001英寸。
4．刀具运动语句
刀具运动语句用来描述刀具的运动轨迹。为明确指定刀具相对工件的关系，APT系统定义了三个控制面(见图2-26)：
(1)零件面(Part Surface) 简称PS，指刀具底面所形成的曲面；
& b/ I4 A6 |7 n" n8 o7 ^7 R(2)驱动面(Drive Surface) 简称DS，用来引导刀具运动，控制刀具侧面的曲面；
(3)检查面(Check Surface) 简称C5，用来确定每次走刀的刀具终止的位置的曲面。
% W/ g# X9 m  |% Q5 K" x, p" ~
为保持刀具连续切削，必须使上一段程序所给定的检查面，成为下一段程序的驱动面。分清上述三种表面的不同涵义，就可正确理解刀具轴线和控制面的相对关系。如图2-27所示，其刀具位置的解释为：TO(走到)，指刀具走到检查面并与其相切；ON(走上)，指刀具中心走上检查面；PAST(走过)，指刀具走过检查面并与其相切；TLLFT(左偏)，指刀具在驱动面左侧；TLRGT(右偏)，指刀具在驱动面右侧；TLON(中立)，指刀具中心在驱动面上。
8 J- g1 @+ i: \4 t/ n8 f7 gAPT语言的刀具运动语句可分为点位编程语句和轮廓编程语句。
; G; z  S; W! `9 ~) p点位编程语句有起始语句(FROM)、绝对语句(GOTO)、增量运动语句(GODLTA)等。轮廓编程语句有FROM、GOTO、GODLTA、GO、OFFSET、GOLFT、GORGT、GOFWD、GOBACK等。 如：TLRGT，GORGT／L3表示刀具在曲面的右侧沿直线L3向右侧移动。如：GOFWD／C1 表示刀具沿圆弧C1前进。
: ?& d$ j0 j* X+ Y7 q* m8 e6 ^' r5．机械操作功能
2 L  E; ~8 @2 l. i. j/ Q如：CDOLNT／ON
表示接通冷却液。
0 d2 Q- H5 y3 i* {% B8 l4 H+ L如：FEDRAT／50
- y! X' [* ?9 R1 L! y表示进给速度为50英寸／min。
如：SPINDL/2400
表示主轴转速为2400r／Min。
4 i, _  R" B7 o0 h' x此外，还有其他指令和语句等，如宏指令和循环指令，计算功能语句，输入、输出、说明语句等。
APT处理程序分成几个阶段，首先将源代码转换成ApT的内部代码，然后进行数学处理，根据走刀路线计算出刀位点的坐标，形成刀位文件。源程序及各个中间处理阶段的结果均可打印输出，以便检查和跟踪错误。最后进行后置处理，即将通用的刀位文件根据用户指定的机床型号，转换成该数控系统所能接受的数控加工程序和制作成穿孔纸带
(二)APT语言编程示例

7 u2 G$ r+ U$ t+ j6 @/ Z三、微机自动编程系统
( K9 f; f7 ^. ?上述的数控自动编程系统，对硬件配置要求高，开发微机自动编程系统特别适合我国国情，具有重大的现实意义。
/ h) x: ~7 q7 e1 B& R, \微机自动编程系统，应用实体造型方法、特征体素表述法、成组技术等进行零件图的设计或输入，由微机自动编程软件自动或人机交互式进行零件工艺分析，确定数控机床加工所需的全部信息，自动生成零件数控加工程序单和数控介质，供数控机床使用。具有图形用户界面，在图形输人系统中有基本的零件体素，如圆柱体素、圆弧体素、圆锥体素、螺纹体素等，通过体素输入零件图，并可对零件图进行编辑；零件图输入后，根据菜单提示即可自动生成零件加工工步过程表和符合ISO格式的数控加工程序清单和数控介质。具有由数控代码驱动进行零件加工过程动态图形模拟功能，以检验代码的正确性并部分代替试切。
8 B+ ^$ j, x/ W4 ?" n$ |四、自动编程技术的发展
" e. H. M& t; K$ @5 ~* `; C数控自动编程技术发展很快。最初的数控编程系统主要代替手工进行计算机辅助几何参数计算。而现在的编程系统，只要给出零件的最终加工尺寸、精度和材料，计算机便可自动计算出几何参数等加工过程所需的全部信息。有的系统如EXAPT系统甚至能够部分解决工艺过程最佳化的问题。
1．会话型自动编程
在会话型系统中，给计算机某些数控语言以外的命令，编程人员用命令随时对计算机进行适当的控制。这些命令可以通过键盘送入计算机，计算机将处理结果(回答)通过CRT或打字机及时显示。在会活型自动编程系统中，编程员根据提问和回答，通过键盘输入必要的数据和指令，并对零件源程序进行编辑修改，直至得到正确的程序单和数控穿孔纸带为止。
7 ~  s$ f6 V) @0 ~6 \  Z7 P日本富士通的FAPT、美国通用电气公司的NCPTS，以及我国的SAPT等都是会话型自动编程系统。
2．数控图形编程系统
$ o" V$ K9 L% g. D这种系统由计算机控制光笔、荧光屏、键盘，编程人员在编程时用光笔和键盘在荧光屏上绘出零件轮廓，计算机就可按预先存储的程序进行计算，并将处理结果显示在荧光屏上。然后用光笔沿刀具加工该零件的轨迹移动，计算机就可自动地编制出零件的加工程序并制作数控带。
# _4 N& h4 h1 B* h1 b% n这种系统兼有语言系统的功能，能实现“实时对话”，简化了编程过程，减少编程差错，缩短编程时间。
7 P+ S9 N& c9 m3．计算机数控中的直接编程
计算机数控(CNC)中的计算机除用作控制外，还可用于编程，此时输入计算机的是零件的加工源程序，然后由计算机数控系统处理成零件的加工程序，并控制机床切削加工。
% z! M6 h  Z1 k) R$ M( [! _有直接编程功能的数控机床，可直接用语言输入零件几何形状、工艺参数等源程序，机床就可加工出该零件。
4．实物和语音编程
实物编程也称无尺寸图形数字化处理，当要加工有模型或实物而无尺寸的零件时，可用坐标测量机，先将模型的尺寸测量出，而测量机本身的控制计算机就可对数据进行处理并输出零件的数控加工程序单。也有一些数控机床具有所谓示教再现(Teach and PlaYback)的功能，机床带有传感器，按照实际加工路线，测量出实物或模型的尺寸，存储在数控系统内，经处理后生成加工程序，此后便根据加工程序对以后的零件进行加工。
语音编程是由编程员将被加工零件的编程信息通过说话方式输入到计算机中，然后经计算机处理得到该零件的加工程序。
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