数控编程技术发展历程概览

为解决复杂型面零件在数控机床上加工的编程问题，随着微电子技术和CAD技术的发展，为降低编程难度、提高效率，减少和避免程序错误，自动编程技术不断发展，大约经历了以下几个阶段：

20世纪50年代：出现第一台数控机床，美国麻省理工学院（MIT）开发APT语言。

20世纪60年代：诞生交互式图像显示设备，MIT组织美国各大飞机公司共同开发APTⅡ、APTⅢ。

20世纪70年代：兴起工作站（Workstation）和造型技术（Wireframe Modeling、Solid Modeling、Surface Modeling），出现基于APTⅢ的APT-Ⅳ、APT-AC，APT衍生出其他语言，如ADAPT、EXAPT、HAPT、FAPT、IF-APT等。

20世纪80年代：产生智能机器人及专家系统，CAD/CAM历经形成、发展、提高和集成各个阶段。

应用CAD/CAM集成系统设计加工的流程如图1-7所示。

图1-7　应用CAD/CAM集成系统设计加工的流程

现代图形交互式自动编程建立在CAD和CAM系统的基础上，图形交互自动编程是计算机配备了图形终端和三维绘图软件后进行编程的一种方法，它以人-机对话的形式，在图形显示终端上绘制出加工零件及毛坯，选择机床和刀具并制定加工工艺，计算机便按预先存储的图形自动编程系统计算刀具轨迹，然后由相应机床的后处理器自动生成NC代码。典型的图形交互式自动编程系统都采用CAD/CAM集成数控编程系统模式。与早期的语言型的自动编程系统相比，它有如下特点：

图形交互式自动编程

（1）输入工件图形并采用人机对话方式，而不需要使用数控语言编制源程序；

（2）从加工工件的图形再现、进给轨迹的生成、加工过程的动态模拟，到生成数控加工程序，都是通过屏幕菜单驱动，因而速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查；(www.xing528.com)

（3）可以通过软件的数据接口共享已有的CAD设计结果，实现CAD/CAM集成一体化，实现无图纸设计制造；

（4）为提高生产率、缩短新产品研制周期、保证产品产量、降低成本创造了有利的条件，尤其是对三维复杂曲面零件，只要作适当的修改就能产生新的NC代码，因而它具有相当大的柔性。

近年来，随着计算机技术、空间几何造型技术、工程数据库技术和系统集成技术的不断发展进步，已出现了一批功能强大的CAD/CAM软件，如法国达索飞机制造公司的CATIA、美国麦道航空公司的UG-Ⅱ和美国参数技术公司的Pro/E、我国北航海尔的制造工程师（CAXA-ME）等，这些软件都具有空间异型曲面的数控加工程序编制功能，且具有智能型后置处理环境，可以面向众多的数控机床和大多数数控系统。

高速数控加工的出现不仅对机床结构和数控系统提出了新的要求，对于加工工艺的策划、工艺参数的设置和加工约束的设置也提出了新的要求。各种数控系统在曲面加工时，所用的曲面拟合模型不尽相同，有的用Nurbs拟合模型，有的用Bezier拟合模型，有的用Polymial拟合模型，还有的用Spline拟合模型，后置处理器就面临支持相应的多种曲面拟合模型的问题。

因此，要使所生成的数控程序不经手工修改，直接应用于数控机床加工，则必须针对每一台数控机床定制专用的后置处理器。特别是对于多轴数控加工机床，各大CAD/ CAM软件厂家提供的多轴后置处理器还有很大的局限性，通用性不好，有的软件仅提供了三轴后置处理器。而针对五轴数控机床，目前只有一些经过改良的后置处理器，五轴数控机床的后置处理器还有待进一步开发。

因此，能够处理不同类型格式的刀具路径文件，并做优化处理，以适应不同类型的机床、不同类型的系统、不同类型的零件的加工需求，生成的NC程序不需人工做二次修改，而直接应用于机床是后置处理器技术的发展方向。

1997年欧洲共同体提出了STEP-NC概念，将产品数据转换标准STEP扩展至CNC领域，重新定义了CAD/CAM与CNC之间的接口，它要求CNC系统直接使用符合STEP标准的CAD三维产品数据模型（包括几何数据、设计和制造特征），加上工艺的信息和刀具信息，直接产生加工程序来控制机床。STEP-NC使产品模型数据库用作数控机床的直接输入文档，不存在单独的刀具路径文件，废弃了G代码和M代码，从而不再需要后直处理系统。

STEP-NC提供了一种基于特征的面向对象的数控数据模型。其基本原理是基于四道特征进行编程，告诉CNC的是“加工什么”，而不是直接对刀具运动轨迹（路径）进行编程，以及告诉CNC“如何加工”的具体动作。加工流程是以工步作为基本单位，将制造特征和工艺技术信息联系到一起，每个工步只定义一种操作（“干什么”“如何干”等，仅能用一种刀具和一种策略）。STEP-NC通过任务描述（钻中心孔、钻孔，粗加工、精加工等）把工件的加工程序传到加工车间，在车间机床控制器根据机床知识产生刀具路径，也可以根据车间实际需要对加工程序进行修改，修改后的加工过程信息可以保存并返回到设计制造部门，使经验和知识能更好地交换和保留，也实现产品生命周期数据的共享。

STEP-NC是目前世界工业化国家研究的热点，其中代表性的研究项目有欧洲的STEP-NC项目、美国的Super modal项目、日本的Digital Master项目等。但STEP-NC的推广需更新或废弃现有数控系统和CAM系统，这不是短期内可以实现的事。