數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)的實現(xiàn)及技術(shù)分析

張建民

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

關鍵詞：數(shù)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(tǒng)以來，數(shù)控加工自動編程在工業(yè)發(fā)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(chǎn)業(yè)和創(chuàng)造社會物質(zhì)財富。機械制造業(yè)是任何其他高新技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)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(jié)構(gòu)與系統(tǒng)等，已經(jīng)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(shù)于一體的現(xiàn)代機械設備，機械制造業(yè)的發(fā)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(yè)的發(fā)展和進步在很大程度上取決于機械制造技術(shù)的發(fā)展和進步。

數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)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(yè)大大縮短了產(chǎn)品的加工時間，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量和加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，所以在競爭激烈的大經(jīng)濟環(huán)境下，發(fā)展出效率更高、質(zhì)量更好的自動編程系統(tǒng)，必將是人們未來不斷追求完美目標。

1 自動編程系統(tǒng)的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)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(yè)和人員所接受，并且仍在被不斷改良，自動編程優(yōu)于手動編程主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）數(shù)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(shù)控程序。對非圓曲線的輪廓加工，手工編程會因為節(jié)點數(shù)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(nèi)自動生成數(shù)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(shù)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(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)通訊。自動編程系統(tǒng)通訊在無需再制備穿孔紙帶等控制介質(zhì)的條件下可以把自動生成的數(shù)控程序經(jīng)通訊接口直接輸入數(shù)控系統(tǒng)，達到控制數(shù)控機床加工的目的，不用擔心數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存不夠大，做到邊輸入，邊加工，提高效率，縮短周期。

2 數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)的實現(xiàn)及技術(shù)分析

數(shù)控機床的自動編程是怎么實現(xiàn)的呢？機械數(shù)控專業(yè)出身的人都知道是用CAM（computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）軟件實現(xiàn)的。像比較常用的mastcam系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)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(shù)，計算機便經(jīng)過在線的數(shù)學處理編程出數(shù)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(tài)的形式被顯示出來了。計算機數(shù)值控制（簡稱數(shù)控）是CAM的核心，是它讓將計算機系統(tǒng)應用于了制造生產(chǎn)中。早在1952年數(shù)控銑床就在美國麻省理工學院被研制成功，那時候數(shù)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(fā)展出了一系列包括稱之為“加工中心”的多功能機床在內(nèi)的的數(shù)控機床，通過數(shù)控程序指令的改變就能從刀庫中自動轉(zhuǎn)換和自動換刀，完成連續(xù)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(shù)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(shù)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(shù)控機床是機、電、液、氣、光五種元素高度一體化的智能產(chǎn)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(shù)（進給速度、主軸正反轉(zhuǎn)、主軸轉(zhuǎn)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(shù)控系統(tǒng)讀入將這些信息按一定的格式形成數(shù)控加工程序，從而使數(shù)控機床動作生產(chǎn)加工零件。接下來介紹一下數(shù)控加工中心，它比數(shù)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(xù)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(xiàn)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(shù)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(shù)控銑床的兩坐標聯(lián)動就可以把它們加工出來。

3 數(shù)控自動化對未來工業(yè)發(fā)展的關鍵作用

新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，縮短產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期以柔性與快速地響應市場需求也成為企業(yè)發(fā)展的方向。技術(shù)方面，我國現(xiàn)代的三坐標加工數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，多軸加工在加工復雜形狀零件的能力、質(zhì)量和效率上有所欠缺。國際大環(huán)境下多軸聯(lián)動的數(shù)控技術(shù)正一步一步成熟起來，像瑞典的ABB機器人操作系統(tǒng)、松下焊接機器人、酷卡機器手都是多軸聯(lián)動的數(shù)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(xiàn)較通用的多坐標自動編程有較大難度。像工業(yè)機器手就采用了在線編程的技術(shù)，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(xiàn)代工業(yè)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(shù)控自動編程技術(shù)提出了越來越高的要求，開發(fā)研究復雜加工表面半成品以及多軸加工數(shù)控編程加工技術(shù)也成為相關研究人員研究的方向。數(shù)控機床向高速化方向發(fā)展也越來越明顯，優(yōu)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(xiàn)了高效、優(yōu)質(zhì)、低成本三大優(yōu)勢。為滿足汽車、農(nóng)機等行業(yè)的需求，開發(fā)研究生產(chǎn)的一批高速、高效的響應的數(shù)控機床開發(fā)也受到市場的歡迎。

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