數控自動編程介紹

張 星

（徐州機電工程高等職業學校 江蘇 徐州 221000）

1 自動編程的特點

使用計算機(或編程機)進行數控機床程序編制工作，即由計算機(或編程機)自動地進行數值計算，編寫零件加工程序單，自動地打印輸出加工程序單，并將程序記錄到控制介質上。數控機床的程序編制工作的大部分或全部由計算機(或編程機)完成的過程，即為自動程序編制。

自動編程是通過數控自動程序編制系統實現的。自動編程系統由硬件及軟件兩部分。硬件主要有計算機、繪圖機、打印機及其他一些外圍設備；軟件即計算機編程系統，又稱編譯軟件。

與手工編程相比，自動編程具有如下特點。

（1）數學處理能力強。對輪廓形狀不是由簡單的直線、圓弧組成的復雜零件，特別是異形輪廓零件，以及幾何要素雖不復雜，但數控機床程序量很大的零件，計算則相當繁瑣，采用手工程序編制是難以完成的。

（2）能快速、自動生成數控程序。自動編程在完成計算刀具運動軌跡之后，后置處理程序能在極短的時間內自動生成數控程序，且該數控機床程序不會出現語法錯誤。當然自動生成程 序的速度還取決于計算機硬件的檔次，檔次越高，速度越快。

（3）后置處理程序靈活多變。自動生成適用于不同數控機床的數控程序，它靈活多變，可以適應不同的數控機床。

（4）程序自檢、糾錯能力強。自動編程能夠借助于計算機在屏幕上對數控程序進行動態模擬，連續、逼真地顯示刀具加工軌跡和零件加工輪廓，發現問題并及時修改，快速又方便。

（5）便于實現與數控機床系統的通信。自動編程可以把自動生成的數控機床程序經通信接口直接輸入數控系統，控制數控機床加工?？梢宰龅竭呡斎?，邊加工，不必憂慮數控系統內存不夠大，免除了將數控程序分段。

2 自動編程的基本步驟

2.1 分析零件圖樣，確定加工工藝

在圖形交互自動編程中，同一個輪廓，往往可以有幾種不同的生成方法導致加工方法不同。所以本步驟主要是確定合適的加工方法。

2.2 幾何造型

把被加工零件的加工要求用幾何圖形描述出來，作為原始信息輸入給計數機，作為圖形自動編程的依據，即原始條件。

2.3 對幾何圖形進行定義

面對一個幾何圖形，編程系統并不是立即明白如何處理。需要程序源對幾何圖形進行定義，定義的過程就是告訴編程系統處理該幾何圖形的方法。不同的定義方法導致不同的處理方法，最終采用不同的加工方法。

2.4 輸入必須的工藝參數

把確定的工藝參數，通過 “對話”的方式告訴編程系統，以便編程系統在確定刀具軌跡時使用。

2.5 自動生成數控程序

自動生成數控程序是由自動編程系統的后置處理程序模塊來完成的。不同的數控系統，數控程序指令程序不完全相同，只需修改,設定以個后置程序，就能生成與數控系統一至的數控程序來。

2.6 輸出程序

因為數控自動編程系統在計算機上運行，所以具備計數機所具有的一切輸出手段。值得一提的是利用計算機和數控系統都有通訊接口，只要自動編程系統具有通訊模塊即可完成計數機與數控系統直接通訊，把數控系統程序直接輸送給數控系統，控制數控系統進行加工。

3 數控系統編程介紹（CAXA數控車）

數控加工機床與編程技術兩者的發展是緊密相關的。數控加工機床的性能提升推動了編程技術的發展，而編程手段的提高也促進了數控加工機床的發展，二者相互依賴。現代數控技術下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向發展，而編程方式也越來越豐富。

數控編程可分為機內編程和機外編程。機內編程指利用數控機床本身提供的交互功能進行編程，機外編程則是脫離數控機床本身在其他設備上進行編程。機內編程的方式隨機床的不同而異，可以以“手工”的形式分行輸入控制代碼（手工編程）、交互方式輸入控制代碼（會話編程）、圖形方式輸入控制代碼（圖形編程），甚至可以語音方式輸入控制代碼（語音編程）或通過高級語言方式輸入控制代碼（高級語言編程）。但機內編程一般來說只適用于簡單形體，而且效率較低。機外編程也可以分成手工編程、計算機輔助APT編程和CAD/CAM編程等方式。機外編程由于其可以脫離數控機床進行數控編程，相對機內編程來說效率較高，是普遍采用的方式。

隨著微電子技術和CAD技術的發展，自動編程系統也逐漸過渡到以圖形交互為基礎的與CAD集成的CAD/CAM系統為主的編程方法。與以前的語言型自動編程系統相比，CAD/CAM集成系統可以提供單一準確的產品幾何模型，幾何模型的產生和處理手段靈活、多樣、方便，可以實現設計、制造一體化。雖然數控編程的方式多種多樣，毋庸置疑，目前占主導地位的是采用CAD/CAM數控編程系統進行編程。

1）CAD/CAM 系統

20世紀90年代以前，市場上銷售的CAD/CAM軟件基本上為國外的軟件系統。90年代以后國內在CAD/CAM技術研究和軟件開發方面進行了卓有成效的工作，尤其是在以PC機動性平臺的軟件系統。其功能已能與國外同類軟件相當，并在操作性、本地化服務方面具有優勢，一個好的數控編程系統，已經不是一種僅僅是繪圖，做軌跡，出加工代碼，它還是一種先進的加工工藝的綜合，先進加工經驗的記錄，繼承，和發展。

2）利用CAXA數控車自動編程的基本步驟

CAXA系統的編程基本步驟如下：

理解圖紙

建立加工圖形或通過數據接口讀入

確定加工工藝（裝卡、刀具等）

生成刀具軌跡

后期處理生成NC代碼

輸出加工代碼

3）零件加工程序的評價

一個零件的加工程序決不是唯一的，諸多程序 （方案）中，肯定有最優的?？煞駨囊韵路矫嬖u價：

（1）保證程序是正確的，零件加工質量穩定。

（2）程序方便調試和修改，程序的可讀性好。

（3）程序的穩定性好。

（4）充分發揮系統功能，使程序最短。

（5）程序的通用性好。若有系列零件，則只需編一種，其余只要修改關鍵尺寸，程序即可使用。

（6）編程成本低。為編出某一程序，所花的人工費用和機器費用要低。當然人工成本與編程員的熟練程度有關，不便量化。但是只需一個計算器和一臺計算機輔助編程系統，其成本是可比的，具體的零件，要根據實際情況決定。在實際編程中要有優化意識，尤其用CAXA編制的零件加工程序，由于CAXA的后置處理功能比較弱，更應該進行優化。

4）CAXA編制的零件加工程序的優化

由于CAXA具有很強的圖形數學處理功能，免去了手工編程中繁瑣的數學計算。由于數控系統及機床各異，CAXA的后置處理，盡管有專用后置或萬能后置，但與機床數控系統功能相比，仍有相當差距。在實際使用中，若能既充分發揮CAXA的優點，又能避免其不足，還能充分發揮數控系統的功能和操作者的實踐經驗，就需要對CAXA編制的零件加工程序進行優化，使之編出一個高水準的零件加工程序。

5）加工代碼輸出（通訊）

生成數控指令之后，可通過計算機的標準接口與機床直接連通。CAXA數控車可以提供我們自己開發的通信軟件，完成通過計算機的串口或并口與機床連接，將數控加工代碼傳輸到數控機床，控制機床各坐標的伺服系統，驅動機床。

RS-232-C接口在數控機床上有9針或25針串口，其特點是簡單，用一根RS232C電纜和電腦進行連接，實現在計算機和數控機床之間進行系統參數、PMC參數、螺距補償參數、加工程序、刀補等數據傳輸，完成數據備份和數據恢復，以及DNC加工和診斷維修。

端口參數和設置

串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位、奇偶校驗和流控制。對于兩個進行通行的端口，這些參數必須相同：

（1）波特率：這是一個衡量通信速度的參數。它表示每秒鐘傳送的bit的個數。例如300波特表示每秒鐘發送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率，例如如果協議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。

（2）數據位：這是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發送一個信息包，實際的數據不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。 比如，標準的 ASCII碼是 0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數據使用簡單的文本（標準 ASCII碼），那么每個數據包使用7位數據。每個包是指一個字節，包括開始/停止位，數據位和奇偶校驗位。

（3）停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。

（4）流控制：在進行數據通訊的設備之間，以某種協議方式來告訴對方何時開始傳送數據，或根據對方的信號來進入數據接收狀態以控制數據流的啟停，它們的聯絡過程就叫“握手”或“流控制”，RS232可以用硬件握手或軟件握手方式來進行通訊。

軟件握手（Xon/Xoff）：通常用在實際數據是控制字符的情況下。只需三條接口線，即“TXD發送數據”、“RXD接收數據”和“SG信號地”，因為控制字符在傳輸線上和普通字符沒有區別，這些字符在通信中由接收方發送，使發送方暫停。這種只需三線（地，發送，接收）的通訊協議方式應用較為廣泛。所以常采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。

6）通訊端口的設置：設備雙方數據必須設置相同，否則不能正常通訊。

計算機端參數設置，采用CAXA數控車自帶的通訊軟件，進行傳輸。

數控機床端參數設置:

?

4 結語

自動編程系統可以利用計算機和數控系統的通訊接口，實現編程系統和數控系統的通訊。編程系統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，控制數控機床加工，無需再制備穿孔紙帶等控制介質，而且可以做到邊輸入，邊加工，不必憂慮數控系統內存不夠大，免除了將數控程序分段。

［1］陳子銀.數控機床原理與應用.北京理工大學出版社,2006,8.

［2］季明善.機械設計基礎.北京高等教育出版社,2005,1.

［3］屈海軍.數控機床電氣控制.北京理工大學出版社,2006,8.