數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及技術(shù)分析

張建民

摘 要：機(jī)械制造行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)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(jī)械加工行業(yè)的重視與普遍應(yīng)用，文章簡要概括了自動(dòng)編程系統(tǒng)的優(yōu)勢，分析了數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并對數(shù)控技術(shù)的未來應(yīng)用與技術(shù)進(jìn)步要求進(jìn)行了簡要分析，供大家借鑒參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；自動(dòng)編程；CAM；坐標(biāo)

自從1955年在美國推出世界第一個(gè)自動(dòng)編程系統(tǒng)以來，數(shù)控加工自動(dòng)編程在工業(yè)發(fā)展之路上已被越來越多的人所重視。當(dāng)今制造科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)等四大支柱科學(xué)相互依存，但后三種科學(xué)必須依靠制造科學(xué)才能形成產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)造社會(huì)物質(zhì)財(cái)富。機(jī)械制造業(yè)是任何其他高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)價(jià)值的最佳集合點(diǎn)。例如，快速原型成型機(jī)、虛擬軸機(jī)床、智能結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)等，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了純機(jī)械的范疇，而是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、材料等眾多技術(shù)于一體的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度是表征一個(gè)國家綜合國力強(qiáng)弱的一個(gè)重要標(biāo)志，而機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步在很大程度上取決于機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)在航天、造船、建筑機(jī)械、汽車模具與制造等機(jī)械領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，讓企業(yè)大大縮短了產(chǎn)品的加工時(shí)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(jì)環(huán)境下，發(fā)展出效率更高、質(zhì)量更好的自動(dòng)編程系統(tǒng)，必將是人們未來不斷追求完美目標(biāo)。

1 自動(dòng)編程系統(tǒng)的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)的手動(dòng)編程，自動(dòng)編程以其強(qiáng)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(dòng)編程優(yōu)于手動(dòng)編程主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）數(shù)學(xué)運(yùn)算處理能力強(qiáng)。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(dòng)編程就輕松多了。

（2）能快速、自動(dòng)生成數(shù)控程序。對非圓曲線的輪廓加工，手工編程會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)過多程序段很大而使編程進(jìn)度慢且容易出錯(cuò)，自動(dòng)編程在完成計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡之后，會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)生成數(shù)控程序且不會(huì)出錯(cuò)。

（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(yīng)不同的數(shù)控機(jī)床。

（4）程序自檢、糾錯(cuò)能力強(qiáng)。手工編程時(shí)，書寫筆誤、算式錯(cuò)誤、程序格式出錯(cuò)，靠人工糾正費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，采用自動(dòng)編程，能自動(dòng)糾正，省時(shí)省力。

（5）便于實(shí)現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)通訊。自動(dòng)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(dòng)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(dá)到控制數(shù)控機(jī)床加工的目的，不用擔(dān)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(dòng)編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及技術(shù)分析

數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)編程是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？機(jī)械數(shù)控專業(yè)出身的人都知道是用CAM（computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造）軟件實(shí)現(xiàn)的。像比較常用的mastcam系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)編程首先是利用CAD模塊生成相應(yīng)的幾何圖形，然后再采用人與機(jī)器相互交換的實(shí)時(shí)對話方式，在指定被加工部位的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)輸入相對應(yīng)的加工幾何參數(shù)，計(jì)算機(jī)便經(jīng)過在線的數(shù)學(xué)處理編程出數(shù)控加工程序，同時(shí)刀具的加工軌跡便在計(jì)算機(jī)屏幕上已動(dòng)態(tài)的形式被顯示出來了。計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（簡稱數(shù)控）是CAM的核心，是它讓將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)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(xué)院被研制成功，那時(shí)候數(shù)控是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機(jī)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(jī)床在內(nèi)的的數(shù)控機(jī)床，通過數(shù)控程序指令的改變就能從刀庫中自動(dòng)轉(zhuǎn)換和自動(dòng)換刀，完成連續(xù)的銳、鉆、餃、攻絲等多道復(fù)雜工序，流行的“柔性”一詞就是對這種加工靈活性的褒獎(jiǎng)。數(shù)控除了在機(jī)床應(yīng)用以外，在其它各種設(shè)備的控制上也應(yīng)用甚廣，如火焰或等離子切割、數(shù)控焊接機(jī)器人、激光束加工儀器、自動(dòng)繪圖儀、油漆噴涂機(jī)器人、自動(dòng)編織機(jī)、電腦繡花、自動(dòng)雕刻機(jī)等，數(shù)控機(jī)床是機(jī)、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(yùn)動(dòng)和一些必要的工藝參數(shù)（進(jìn)給速度、主軸正反轉(zhuǎn)、主軸轉(zhuǎn)速、換補(bǔ)刀）。然后在相應(yīng)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(jī)床動(dòng)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(jī)床多了帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置。有了這些裝置加工中心就能自動(dòng)的換刀，從而能連續(xù)地對工件的各個(gè)加工表面進(jìn)行鉆削、擴(kuò)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(qiáng)，更加智能化機(jī)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(dāng)加工對象為形狀復(fù)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?yàn)槠矫骖惖囊话阒豁氂?坐標(biāo)數(shù)控銑床的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)就可以把它們加工出來。

3 數(shù)控自動(dòng)化對未來工業(yè)發(fā)展的關(guān)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(yīng)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(biāo)加工數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，多軸加工在加工復(fù)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(dòng)的數(shù)控技術(shù)正一步一步成熟起來，像瑞典的ABB機(jī)器人操作系統(tǒng)、松下焊接機(jī)器人、酷卡機(jī)器手都是多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控自動(dòng)化機(jī)器，因?yàn)榱慵螤畹膹?fù)雜多變，所以多軸加工編程較復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)較通用的多坐標(biāo)自動(dòng)編程有較大難度。像工業(yè)機(jī)器手就采用了在線編程的技術(shù)，用坐標(biāo)系操作機(jī)器手后，示教器上就顯示出了對應(yīng)的加工程序，方便易學(xué)。

現(xiàn)代工業(yè)日益增多的復(fù)雜形狀零件以及更加高精密的儀器設(shè)備，使我們對數(shù)控自動(dòng)編程技術(shù)提出了越來越高的要求，開發(fā)研究復(fù)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(guān)研究人員研究的方向。數(shù)控機(jī)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(shí)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(jī)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(yīng)的數(shù)控機(jī)床開發(fā)也受到市場的歡迎。

參考文獻(xiàn)

[1]楊勇，王時(shí)龍，周杰，等.基于自動(dòng)編程系統(tǒng)的大型滾齒機(jī)熱誤差補(bǔ)償[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2013（3）.

[2]趙林林.基于光纖技術(shù)的數(shù)控等離子切割機(jī)抗干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連交通大學(xué)，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(xué)，2013.

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

[5]寧可慶.DSPHPI口與ARM9總線接口的WINCE下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].信息系統(tǒng)工程，2010（5）.