自动编程系统——提高数控加工效率的利器

1.自动编程的定义

自动编程又称为计算机辅助编程，是指除了分析工件图样和制定工艺方案由人工进行外，其他过程利用计算机（含外围设备）和相应的前置、后置处理程序对工件加工源程序或几何造型进行处理，以得到加工程序和数控工艺文档的一种编程方法。

自动编程时，编程人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出工件加工源程序，送入计算机，由主计算机自动地进行数值计算，前置、后置处理，编写出工件加工程序单，直至自动生成加工代码。

2.自动编程的方法

自动编程是通过数控自动编程系统实现的。图3-3-1 所示为自动编程系统，自动编程系统有硬件及软件两部分。硬件主要有计算机、绘图机、打印机、程序传输设备及其他一些外围设备；软件即计算机编程系统，又称编译软件。常见CAD/CAM 软件有MasterCAM、Pro/ENGINEER、UG、CAXA、Cimatron 等。自动编程的工作流程如图3-3-2 所示。

图3-3-1　数控自动编程系统

图3-3-2　自动编程的工作流程

（1）原始数据

原始数据描述了被加工工件的所有信息，包括工件的形状、尺寸和几何要素之间的相互关系，刀具运动轨迹和工艺参数等。随着自动编程技术的发展，原始数据可以是用数控语言编写的工件加工源程序，也可以是工件的图样信息，还可以是操作者发出的指令、声音等。

（2）输入编译

原始数据以某种方式输入计算机后，计算机并不能立即识别和处理，必须通过一套预先存放在计算机中的编程系统将它编译成计算机能够识别和处理的信息。

（3）数据处理

数据处理主要是根据已经编译的信息计算出刀具实际的运动轨迹。编译和计算合称为前置处理。

（4）后置处理(www.xing528.com)

后置处理就是编程系统将前置处理的结果处理成具体的数控机床所需要的输入信息，即形成工件加工的数控程序。

后置处理的目的是形成数控指令文件。由于各种机床所用的系统不一样，所以采用的数控指令文件的代码和格式也有所不同。为解决这一问题，软件中通常设置一个后置处理文件。在进行后置处理前，编程人员需对该文件进行编辑，按文件规定的格式定义数控指令文件所需使用的代码、程序格式、圆整计算方式等内容。软件在执行后置处理命令时将自动按设计文件定义的内容输出所需的数控指令文件。

（5）信息输出

将后置处理得到的程序信息制成控制介质，用于数控机床的输入。对于有标准通信接口的机床可用通信线与计算机直接相连，实现计算机与机床控制系统的程序相互传输，或边输入边加工，即在线加工；还可利用打印机打印工件加工程序单。

3.自动编程的主要特点

（1）数学处理能力强

对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间曲面零件，以及几何要素虽不复杂但程序量很大的零件，计算工作相当烦琐，采用手工编制程序的方法是难以完成的。例如，对一般二次曲线廓形，手工编程必须采取直线或圆弧逼近的方法算出各节点的坐标值，虽说能借助计算器进行计算，但其中列算式、解方程的工作量之大是难以想象的。而自动编程借助于系统软件强大的数学处理能力，计算机能自动计算出加工该曲线的刀具轨迹，快速而又准确。自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特殊曲面。

（2）快速、自动生成数控加工程序

对非圆曲线的轮廓加工，手工编程即使解决了节点坐标的计算，也往往因为节点数过多、程序段很大而使编程工作又慢又容易出错。自动编程运用计算机的强大计算功能，在完成计算刀具运动轨迹之后，后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控加工程序，且该数控加工程序不会出现语法错误。当然自动生成数控加工程序的速度还取决于计算机硬件的档次，档次越高，速度越快。

（3）后置处理程序灵活多变

由于数控系统的指令形式不尽相同，机床的辅助功能也不一样，伺服系统的特性也有差别。因此，同一个零件在不同的数控机床上加工，数控加工程序也应该是不一样的。但在前置处理过程中，大量的数学处理、轨迹计算却是一致的。这就是说，前置处理可以通用化，只要稍微改变一下后置处理程序，就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序。后置处理相比前置处理，工作量要小得多，程序简单得多，因而它灵活多变。对于不同的数控机床取用不同的后置处理程序，等于完成了一个新的自动编程系统，极大地扩展了自动编程系统的使用范围。

（4）程序自检、纠错能力强

复杂零件的数控加工程序往往很长，要一次编程成功，不出一点错误是不现实的。手工编程时，可能出现书写有错误、算式有问题，也可能程序格式出错，靠人工检查一个个的错误是困难的，费时又费力。而采用自动编程时，程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误，或刀具与工件干涉，或刀具与机床相撞等等。自动编程能够通过系统先进的、完善的诊断功能，在计算机屏幕上对数控加工程序进行动态模拟，连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓，发现问题能及时对数控加工程序中产生错误的位置及类型进行修改，快速又方便。现在，往往在前置处理阶段计算出刀具运动轨迹以后立即进行动态模拟检查，确定无误以后再进入后置处理阶段，以便生成正确的数控加工程序。

（5）便于实现与数控系统的通讯

自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口，实现自动编程系统和数控系统间的通讯。自动编程系统生成的数控加工程序可直接输入数控系统，控制数控机床进行加工。如果数控程序很长，而数控系统的程序存储器容量有限，不足以一次容纳整个数控加工程序，编程系统可以做到边输入，边加工。自动编程系统的通讯功能进一步提高了编程效率，缩短了生产周期。