更新时间：2023-11-29 20:42
在机械加工中，数控加工的份额日益增加。由于传统数控加工依靠手工编程，效率低，易出错，加工对象简单，限制并影响了数控机床的应用，自动编程正逐渐成为主要编程方式。本文介绍了自动编程发展、应用及现状，最后阐述了几种用于自动编程的软件。
自动编程(AutomaticProgramming)也称为计算机编程。将输入计算机的零件设计和加工信息自动转换成为数控装置能够读取和执行的指令(或信息)的过程就是自动编程。随着数控技术的发展，数控加工在机械制造业的应用日趋广泛，使数控加工方法的先进性和高效性与冗长复杂、效率低下的数控编程之间的矛盾更加尖锐，数控编程能力与生产不匹配的矛盾日益明显。如何有效地表达、高效地输入零件信息，实现数控编程的自动化，已成为数控加工中亟待解决的问题。计算机技术的逐步完善和发展，给数控技术带来了新的发展奇迹，其强大的计算功能，完善的图形处理能力都为数控编程的高效化、智能化提供了良好的开发平台。数控自动编程软件在强大的市场需求驱动下和软件业的激烈竞争中得到了很大的发展，功能不断得到更新与拓展，性能不断完善提高。作为高科技转化为现实生产力的直接体现，数控自动编程已代替手工编程在数控机床的使用中发挥着越来越大的作用。目前，CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。
1952年，美国的Person公司与麻省理工学院(MIT)合作研制出了的一台三坐标数控铣床，为了解决
了数控机床的编程问题，美国空军与MIT合作于第二年研制成了APT系统，从此便开始了数控加工和数控编程的发展进程。 20世纪60年代着眼于交互式绘图系统和NC编程语言的开发，美国MIT的SUTHERLAND教授发表的“SKETCHPAD一人机会话系统”为计算机图形设计系统和CAD/CAM提供了理论基础。具有多坐标立体曲面自动编程的APTIH的问世，使数控编程从面向机床指令上升面向几何元素的高层次编程。随后，APT几经修改和充实，又出现了APTIV(改进算法，增加了多坐标编程系统)、APT-AQ(增加了切削数据库管理系统)和APT-SS(增加了雕塑曲面编程系统)等。世界各国以APT为基础开发了具有独自特色、专业性更强的APT衍生编程语言，如美国MDSI公司的Compact。用APT语言进行数控编程，具有程序简练、易于控制走刀等优点，但设计和编程之间只能通过图纸来传递数据，图纸解释、工艺规划靠工艺人员来完成，不能对刀具轨迹进行验证，易发生人为编程错误和造成重复工作等。 步入20世纪70年代，图形辅助数控编程GNC得到了迅速的发展和广泛的应用，推动了CAD/CAM向一体化方向发展，并逐步形成了计算机集成制造系统(CIMS)概念。GNC是一种面向制造的技术，它将零件的几何显示、走刀模拟、交互修改等不足，如1972年美国Lochead公司推出的CADAM系统，就融入了最新的GNC技术。1975年法国的达索飞机公司对引进的CADAM系统进行了二次开发，研制成功了CATIA系统，使其能进行三维设计、分析和NC加工。80年代初，该公司成功地将CATIA应用于飞机吹风模型地设计和加工，使生产周期从六个月下降为一个月。 到了20世纪80年代，相继出现了将设计和GNC成功结合和工程化、商业化CAD/CAM系统，如I-DEAS、CADDS、UG等，它们广泛地应用于航空航天、造船机械、电子、模具等行业。
我国数控加工及编程技术的研究起步较晚，其研究始于航空工业的PCL数控加工自动编程系统SKC一1。在此基础上，以后又发展了SKC-2、SKC-3和CAM251数控加工绘图语言，这些系统没有图形功能，并且以2坐标和2.5坐标加工为主。我国从“七五”开始有计划有组织地研究和应用CAD/CAM技术，引进成套的CAD/CAM系统，首先应用在大型军工企业，航天航空领域也开始应用，虽然这些软件功能很强，但价格昂贵，难以在我国推广普及。“八五”又引进了大量的CAD/CAM软件，如:EUCLID-15、UG、CADDS、I-DEAS等，以这些软件为基础，进行了一些二次开发工作，也取得了一些应用成功，但进展比较缓慢。
我国在引用CAD/CAM系统的同时，也开展了自行研制工作。20世纪80年代以后，首先在航空工业开始集成化的数控编程系统的研究和开发工作，如西北工业大学成功研制成功的能进行曲面的3~5轴加工的PNU/GNC图形编程系统;北京航空航天大学与第二汽车制造厂合作完成的汽车模具、气道内复杂型腔模具的三轴加工软件，与331厂合作进行了发动机叶轮的加工;华中理工大学1989年在微机上开发完成的适用于三维NC加工的软件HZAPT;中京公司和北京航空航天大学合作研制的唐龙CAD/CAM系统，以北京机床所为核心的JCS机床开发的CKT815车削CAD/CAM一体化系统等。
到了20世纪90年代，响应国家开发自主产权的CAD/CAM的号召，开始了自行研制CAD/CAM软件的工作，并取得了一些成果，如:由北京由清华大学和广东科龙(容声)集团联合研制的高华CAD、由北京北航海尔软件有限公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)研制的CAXA电子图板和CAXAME制造工程师、由浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统GSCAD98、由广州红地技术有限公司和北京航空航天大学联合开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统金银花。由华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件开目CAD、南京航空航天大学自行研制开发的超人2000CAD/CAM系统等，其中有一些系统已经接近世界水平。虽然我国的数控技术己开展多年，并取得了一定的成效，但始终未取得较大的突破。从总体来看，先进的是点，落后的是面，我国的数控加工及数控编程与世界先进水平相比，约有10一15年的差距，差距主要包涵以下几个方面:数控技术的硬件基础落后，CAD/CAM支撑的软件体系尚未形成，CAD/CAM软件关键技术落后。
自数控机床问世以来，一些先进的工业国家都在大力开展自动编程技术，特别是近年来随着计算机
辅助设计与制造的发展，自动编程越来越受到重视。自动编程系统发展到今天，己经出现了品种繁多，功能各异的编程系统。从国际范围来看，使用较为普遍的系统主要有三种:数控语言编程系统;会话式编程系统;数控图形编程系统。
数控语言编程系统是最早研制的，也是目前应用最广泛的自动编程系统。它是用数控语言来编写零件加工的源程序。与其他类型的自动编程系统相比，他是迄今为止应用最广泛、功能最强、通用性最广、技术最成熟的系统。APT是自动编程工具的简称，是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所使用的一种接近英语符号的语言。把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经计算机的APT语言编程系统编译产生刀位文件，然后进行数控加工后置处理，生成数控系统能接受的零件数控加工程序，称为APT语言自动编程。采用APT语言编制数控加工程序具有程序简练、走刀控制灵活等特点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素的点、线、面的高级语言级。由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可将编程效率提高数倍到数十倍，同时解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件的编程问题。但APT仍有如下缺点与不足:零件的设计与加工之间用图纸传递数据，阻碍了设计与制造的一体化;同时工艺过程规划要工艺人员完成，对用户的技术水平要求较高，既困难又容易出错;用APT语言描述零件模型一方面受语言描述能力的限制，另一方面也使APT系统几何定义过于庞大;APT语言缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段。这些缺点阻碍了编程效率和质量的进一步提高。
会话式自动编程系统为了克服数控语言编程系统的一些缺陷，在其基础上发展了会话式自动编程系统，以日本的FAPT为例，其会话式编程系统除了几何定义语句、刀具运动语句与原来的APT基本相同以外，由于增加了可以进行会话的命令，这样它不仅能处理原来的APT零件源程序，而且还具有以下功能:可以随时执行或暂停程序中的任意语句或语句组;可以随时变更零件源程序，如删去某些语句，修改或插入某些语句;对以前定义过的零件源程序的点或直线等数据，在以后的零件源程序中可以不再定义并加以使用;随时可打印或不打印程序单或某一中间处理结果，如点、直线、圆的数据等;随时可打印出修面向图形特征的自动数控编程技术研究改后的零件源程序单。但是，会话式编程系统也有其自身的缺点，主要是输入零件信息时要有一个将图纸信息进行转换的过程，这种转换过程由编程人员完成，因此容易产生人为错误。
数控图形编程系统是一种计算机辅助编程技术，它通过专用的计算机软件来实现。这种软件通常以机械计算机辅助设计(CAD)软件为基础，利用CAD软件的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件;然后调用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工工艺参数，计算机便可以自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示刀具的加工轨迹川。因为这种方法很大限度地减少了人为错误，很大限度地提高了编程效率和质量，被认为是目前效率较高的编程方法。更重要的是，由于图形编程系统是从加工零件图来生成数控加工指令单，计算机辅助设计的结果是图形，故可利用CAD系统进行工件的设计，然后经过CAPP生成数控机床上使用的工序卡，即可生成数控加工指令单。很显然，这种编程方法具有速度快、精度高、直观性、使用简便、便于检查等优点，因此，“图形交互式自动编程”已经成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。日本FANVC公司在FAPT编程系统基础上开发了SFAPT系统。这种方法是在生产现场和数控装置上，利用数控装置的计算机、显示屏幕(CRT)和图形对话功能直接进行编程，故被称为图形人机对话编程系统。这种系统在数控车床、铣床上已有应用。以数控车床上的编程为例来说明这一方法和系统的概况。在数控系统上先用键盘输入被加工工件的毛坯图形和尺寸，在毛坯图形上绘出零件的图形和尺寸;选定并绘出机床坐标系、机床原点、工件坐标系、换刀位置并确定所用刀具;然后在零件图上显示加工部位，确定加工工序和给定所用切削工艺参数:最后在零件与毛坯图上选定走刀路线，走刀次数，系统据此进行必要的计算;根据给定的工序和走刀路线，可以对工序进行增删和编辑。这样，无需转换成程序介质，机床便能按上面所确定的加工工序、加工路线与工艺参数自动加工出所需要的零件。根据需要也可以将上述的程序与内容存储，以便保存或作为再次加工时输入之用。
20世纪70年代出现并迅速发展起来的GNC技术推动了CAD和CAM向一体化方向发展，促使计算机
集成制造系统(CIMS)兴起。作为现代制造新生产模式的CIMS，成为各国竞相发展的高技术，我国“863”己将CIMS作为重点发展的高技术领域。作为CIMS主要内容的数控加工自动编程技术，出现了向集成化、可视化、网络化、自动化、智能化发展的趋势。
自动编程是借助计算机及其外围设备装置自动完成从零件图构造、零件加工程序编制到控制介质制
作等工作的一种编程方法。它的一般过程：首先将被加工零件的几何图形及有关工艺过程用计算机能够识别的形式输入计算机，利用计算机内的数控编程系统对输入信息进行翻译，形成机内零件的几何数据与拓扑数据；然后进行工艺处理，确定加工方法、加工路线和工艺参数；通过数学处理计算刀具的运动轨迹，并将其离散成为一系列的刀位数据；根据某一具体数控系统所要求的指令格式，将生成的刀位数据通过后置处理生成最终加工所需的NC指令集；对NC指令集进行校验及修改；通过通讯接口将计算机内的NC指令集送入机床的控制系统。整个数控自动编程系统分为前置处理和后置处理两大模块。
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