数控自动编程现状及其发展

数控自动编程技术现状及其发展摘要：随着现代加工业的发展，加工零件的复杂化，数控加工作为现代制造技术的典型代表，得到了人们的普遍重视，并在制造业的各个领域有着日益广泛的应用。

与此同时，作为数控加工极其重要的一个环节，数控自动编程技术也随之迅速发展。

本文从数控自动编程技术的发展历史，体系结构，发展趋势进行论述，并且比较了国内外数控自动编程技术的发展现状，分析国内发展落后的原因，最后对数控自动编程技术进行了展望。

关键词：数控自动编程，APT，CAM0引言数控，即数字控制（Numerical Control,缩写为NC），在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制得一种方法。

采用数控机床提高机械工业的生产率，是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路。

数控机床的历史从1952年美国帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作研制的第一台三坐标数控立铣床开始，50多年来，随着电子元器件、计算机、传感与检测、自动控制及机械制造等技术的不断进步，数控机床不断更行换代，晶体管元件、小规模集成电路、小型计算机及中、大规模集成电路的依次问世把数控机床技术推向了一个又一个高潮，目前数控机床已经发展到了第五代。

数控编程，作为数控加工的“灵魂”，编程的效率和质量对于缩短制造周期，保证加工质量都有非常重要的意义。

目前，很多人正致力于数控编程技术之中，并研发了各种数控编程系统。

数控编程的方法总的来说分为手工和自动编程两种，手工编程利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令的编制，但是在实际生产过程中，复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，而简单的手工编程已满足不了实际生产的要求。

如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加工程序成为了人们研究的一大方向，在这种需求推动下，数控自动编程技术应运而生，并由于其先进性、高效率、高质量的优点，自动编程得到了长足的发展。

1数控自动编程概述1.1 定义自动编程（Automatic Programming）的含义是计算机辅助编程（Computer Aided Programming）。

世界上第一台三坐标数控机床的研制成功，为计算机在产品制造中的应用开创了一条崭新的道路，成为计算机辅助制造的开端。

随着刀库的发明，于1958年出现了数控加工中心，能在一次装夹中通过自动换刀实现铣、镗、钻、铰、攻丝等多道工序加工，使数控自动化加工由工序分散方式向集中方式发展。

与此同时，自动编程系统的研制也迅速发展，1956年以自动编程工具APT(Automatic Programming Tools)为基础，开始研究数控编程语言，而且不断扩充、完善。

1.2 分类数控编程可分为手工编程、APT语言编程和交互式图形编程。

交互式图形编程就是通常所说的CAM软件编程。

APT是通过一系列的加工语言(也称数控语言)去描述零件的几何形状和加工过程。

APT系统接受此类信息进行翻译和计算，输出数控代码。

APT系统中刀具运动轨迹计算和数控代码转换皆由计算机完成，大大减轻了编程人员的负担，同时很大程度上提高了编程的效率和质量。

但是，由于APT系统庞大，较难掌握，而且对硬件支持要求较高，零件设计和加工之间是由图纸传递信息，不易实现设计和制造的一体化。

这个缺点，阻碍了APT数控编程的推广和编程效率的进一步提高。

在这种背景下，20世纪70年代末，由于计算机技术与机械设计和制造技术的相互渗透和结合，产生了辅助制造这样一门多学科的、综合性的应用技术，并称之为CAM。

与APT语言相比，CAD/CAM有以下特点：(1)这种编程方法是直接面向零件的几何图形，不需进行复杂的数学计算，不需要用具体的语言描述零件的几何形状，具有直观、简便、准确和便于检查等优点。

(2)有利于实现CAD/CAM的一体化。

通常的数控自动编程系统是和相应的CAD软件连在一起的一体化软件系统，既可进行计算机辅助设计，又可以直接调用已设计好的图形。

(3)这类软件都可在通用计算机上进行，无需专用的编程机，便于推广，是自动编程系统的发展方向。

由于CAM软件自动编程具有优于APT 编程的特点，其已成为目前国内外数控加工普遍采用的数控编程方法。

CAM编程的实现是以CAD技术为前提的，利用CAD技术生成的产品三维造型包含了数控编程所需要的完整的产品表现几何信息，而计算机软件可针对这些几何信息进行数控加工刀位的自动计算。

因此，绝大多数数控编程软件同时具备CAD的功能，因此成为CAD/CAM 一体化软件，从而更加方便制造加工。

1.3 发展历程计算机辅助数控编程技术的发展大约经历了以下几个阶段：(1)APT语言，50年代，美国麻省理工学院开发。

(2)APTII、APTIII，60年代，麻省理工学院组织美国各大飞机公司共同开发。

(3)APT-IV、APT-AC，70年代，基于APTIII。

(4)APT衍生语言：如ADAPT、EXAPT、EXAPT- P、HAPT、FAPT、IFAPT、MODAPT、HZAPT等。

(5)CADAM系统：具有计算机辅助设计、绘图、和数控编程一体化，1972年，美国洛克希德加里福尼亚飞机公司开发。

(6)CA TLA系统：具有三维设计、分析与数控编程一体化功能，1978年，法国达索公司开发并不断发展，目前已成为应用最广泛的CAD/CAM集成软件之一，在航空和汽车工业具有广泛的应用。

(7)UGIICAD/CAM系统：1983年，美国MeDonnell Douglas Automation(1991年并入General Motor公司下属的EDS公司，即现在的Unigraphics Solutiona公司)开发并不断发展，是目前应用最广泛的以CAD/CAM集成软件之一。

(8)80年代以后，各种不同的CAD/CAM集成数控编程系统迅速发展，如Euc1id、MasterCAM、surfCAM、Pr/Engineer、Cimatron等。

90年代以后，CAD/CAM集成数控编程系统向集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化方向迅速发展。

现在，由于数控加工在机械制造业中发挥的作用越来越大，以其为背景出现了一批非常优秀的应用软件，这些软件具有先进的管理基础、强大的工程背景、完善的操作功能和专业化的技术服务，能够显著地提高制造业的核体效益。

正因为如此，这些应用软件很快赢得了广大CAD/CAE/CAM用户的青睐，成为制造业中真正的商品化软件，其中较具有代表性的有MasterCAM、UG、So1idworks、pro/Engineer等。

2国内外数控自动编程技术发展现状机械制造行业作为国民工业的基础，作为国力的体现，自然受到各国政府的大力投入。

数控自动编程技术对于数控加工乃至整个制造行业都有着举足轻重的地位，因此，在此方面的投入必不可少。

事实上，数控自动编程技术及其副产品的开发已经被很多国家列为科技发展的重要方向。

目前，自动编程系统已逐渐过渡到以图形交互为基础的CAM软件。

2.1 世界各国的发展现状商品化的CAM软件比较多，应用情况也各有不同，下表列出了国内应用比较广泛的CAM软件的基本情况。

2.2 中国的发展现状我国数控技术与国外相比有较大差距。

由于开发与应用部门的脱节，以及软件开发政策上的一些失误，我国还没有开发出具有自己特色的大型的工程化、商业化的软件系统。

从三维图形设计到工程数据库，国内还没有一套能代替国外产品的软件。

因此，我国现阶段主要是研究开发面向工业化、实用化的软件。

从“七五”开始，国家已将CAD/CAM 作为重点研究项目，“八五”又投入了大量的人力物力进行深入研究。

华中理工大学的NCPVSS系统，可自动生成NC铣床加工的刀具轨迹，并完成加工过程的三维仿真，以确保程序的正确性。

哈尔滨工业大学的NCMPS可建立NC加工仿真环境，面向多轴数控加工中心，在图形工作站上实时显示三维多轴NC加工过程仿真。

北京科技大学开发的SS-CADM微机零件以CAD/CAM集成化系统，实现了轴类零件的CAD/CAM集成。

北京航空航天大学开发的金银花软件，能够处理大型复杂零件设计，装配零件数目可达1000多个，具备零件设计、装配设计、工程图纸设计、高级曲面设计、高级渲染、三维标准件模块，广泛的数据交换接口，可与多种CAD/CAE/CAM/CAPP系统交换产品数据。

大连理工大学的CVBSIMU系统，可对插装阀块进行NC加工过程仿真等。

虽然我们也有了自己的以CAD/CAM软件产品，但国内软件产品远远不如国外的成型软件。

应用部门欲购进国外产品却苦于价格昂贵，既使购买了国外的产品，由于其开发的虚拟加工环境在许多方面不适合我国国情，因此还需投入大量的人力、物力和时间进行二次开发。

以往的经验是我国研制的二次开发产品刚刚投入市场，新的版本、新的系统己经出现。

这种事实证明：抓住问题的核心，突破技术难点，并将现有技术集成，开发自主版权的适应市场需求的软件产品，是解决这一问题的关键。

3数控编程系统的发展趋势随着微电子、自动控制和数控加工技术发展日益迅速，控制自动编程和加工技术呈现出一些新的发展趋势，主要表现在一下几个方面：(1)集成化集成化是指将数控编程系统和其他计算机辅助设计系统、加工过程控制系统、质量控制系统，如：CAD、CAE、CAPP、CAM 等系统集成到一起，形成一个自动化的计算机集成自造系统（CIMS），以便实现集成系统内部信息的充分利用，提高产品设计制造过程的效率与质量。

(2)智能化智能化是指把人类的专业知识融入到集成化的系统中，将人的判断及决策交给机器来完成，采用人工智能的方法建立各类知识库，包括专家系统、智能库、自学习功能等。

(3)并行化随着计算机技术与网络技术的发展，特别是Internet技术的普及应用，计算机协同工作得到高度重视，新产品的开发要求相关学科的专家协同工作，形成一种新的工作模式——群组工作，从而缩短产品的开发周期，降低制造成本，提高产品的质量。

4结束语近年来，我国的数控技术得到了长足的发展，但相对于其他发达国家，我们还是有不小差距的。

数控系统技术是一项综合性强的高技术，涉及的多学科的交叉，要想真正达到世界先进水平，个人认为还有相当的一段时间，而我们更不能因此而放弃，因为它是开启迈向强国行列的钥匙。

参考文献[1] 王道宏．数控编程技术．人民邮电出版社．2005.2[2] 李凯，阎红娟，罗学科．CAD/CAM与数控自动编程技术．化学工业出版社．2004.1[3] 王卫兵．MasterCAM数控编程实用教程．清华大学出版社．2004.7[4] 许平．钣金件可视化数控自动编程技术研究．昆明理工大学．2003.5[5] 董淳．数控系统技术的发展新趋势．重庆工学院．2006.1[6] 魏志强，郭述在．数控自动编程及NC代码仿真技术的应用研究．山东工程学院学报．1995.12 [7] 金朝力．CAM软件在国内的应用．机电国际市场．2002年，第7期。