試談數(shù)控編程技術(shù)(正式版)

1、數(shù)控編程技術(shù)數(shù)控機(jī)床是采用計(jì)算機(jī)控制的高效能自動(dòng)化加工設(shè)備，而數(shù)控加工程序是 數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)與工作過(guò)程控制的依據(jù)。因此程序編制是數(shù)控加工中的一項(xiàng)重要 工作，理想的加工程序應(yīng)保證能加工出符合產(chǎn)品圖樣要求的合格工件，同時(shí)也 能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床安全、可靠、 高效地工作，加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品。從零件圖紙到獲得合格的數(shù)控加工程序的 過(guò)程便是數(shù)控編程，其過(guò)程如圖1-3虛框所示。數(shù)控編程技術(shù)與數(shù)控機(jī)床兩者的發(fā)展是緊密相關(guān)的。數(shù)控機(jī)床的性能提升 推動(dòng)了編程技術(shù)的發(fā)展，而編程手段的提高也促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，二者相 互依賴?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)正在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向發(fā)

2、展，編 程方式也越來(lái)越豐富。手工編程一般對(duì)幾何形狀不復(fù)雜，加工程序不長(zhǎng)、計(jì)算不繁瑣的零件，如點(diǎn)位加工或幾何形狀不復(fù)雜的輪廓加工，一般選用手工編程，其流程如圖1-4所示。手工編程的重要性是不容忽視的，它是編制加工程序的基礎(chǔ)，是機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)加工調(diào) 試的主要方法，是機(jī)床操作人員必須掌握的基本功，但它也有以下缺點(diǎn)：(1) 人工完成各個(gè)階段的工作，效率低、易出錯(cuò)；(2) 每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)都需計(jì)算，工作量大、難檢查；(3) 對(duì)復(fù)雜形狀的零件，如螺旋槳的葉片形狀，不但計(jì)算復(fù)雜，有時(shí)也很難實(shí)現(xiàn)。圖1-4手工編程流程自動(dòng)編程但上述問(wèn)題若由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，難題就迎刃而解了。自動(dòng)編程是指在計(jì) 算機(jī)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的支持下，

3、自動(dòng)生成數(shù)控加工程序的過(guò)程。除分析零件 圖樣和制定工藝方案由人工進(jìn)行外，其余均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，故又稱計(jì)算機(jī)輔助編程，它充分利用了計(jì)算機(jī)快速運(yùn)算和存儲(chǔ)的功能。如圖1-5編程人員將零件形狀、幾何尺寸、刀具路線、工藝參數(shù)、機(jī)床特 征等，按一定的格式和方法輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由自動(dòng)編程軟件對(duì)這些輸入信 息進(jìn)行編譯、計(jì)算等處理生成刀具路徑文件和機(jī)床的數(shù)控加工程序，通過(guò)通信接口將加工程序送入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)以備加工。對(duì)于形狀復(fù)雜，比如具有非圓曲線輪廓、三維曲面等零件編寫加工程序,采用自動(dòng)編程方法效率高，可靠性好。圖1-5自動(dòng)編程流程數(shù)控加工程序數(shù)控機(jī)床隨著微電子技術(shù)和 CAD技術(shù)的發(fā)展，為降低編程難度、提高效

4、率，減少 和避免程序錯(cuò)誤，自動(dòng)編程技術(shù)不斷發(fā)展，大約經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：1) 50年代美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT )開發(fā)APT語(yǔ)言；2) 60年代MIT組織美國(guó)各大飛機(jī)公司共同開發(fā) APTII、APTIII ；3) 70年代出現(xiàn)基于 APTIII 的 APT-IV、APT-AC ；4) APT 衍生出其他語(yǔ)言如 ADAPT，EXAPT，HAPT，F(xiàn)APT，IFAPT 等；5) 80年代以后各種不同的CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)；1.1.1.1.1數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程1.1.1.1.2圖形交互式自動(dòng)編程隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)的圖形處理能力不斷增強(qiáng)。一種可以 直接將零件的幾何圖形信息

5、，自動(dòng)轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工程序的全新的計(jì)算機(jī)輔助編 程技術(shù)一一圖形交互式自動(dòng)編程應(yīng)運(yùn)而生，并在20世紀(jì)70年代以后得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用。圖形交互自動(dòng)編程是計(jì)算機(jī)配備了圖形終端和三維繪圖軟件后進(jìn)行編程的 一種方法，它以人一機(jī)對(duì)話的形式，在圖形顯示終端上繪制出加工零件及毛坯， 選擇機(jī)床和刀具并制定加工工藝，計(jì)算機(jī)便按預(yù)先存儲(chǔ)的圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)計(jì) 算刀具軌跡，然后由相應(yīng)機(jī)床的后處理器自動(dòng)生成 NC代碼。現(xiàn)代圖形交互式自動(dòng)編程是建立在 CAD和CAM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，典型的 圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)都采用 CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)模式，與早期的 語(yǔ)言型的自動(dòng)編程系統(tǒng)相比它有如下特點(diǎn)： 輸入工件圖形并采用

6、人機(jī)對(duì)話方式，而不需要使用數(shù)控語(yǔ)言編制源程序； 從加工工件的圖形再現(xiàn)、進(jìn)給軌跡的生成、加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，到生 成數(shù)控加工程序，都是通過(guò)屏幕菜單驅(qū)動(dòng)，因而速度快、精度高、直觀性好、 使用簡(jiǎn)便、便于檢查； 可以通過(guò)軟件的數(shù)據(jù)接口共享已有的 CAD設(shè)計(jì)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM 集成一體化，實(shí)現(xiàn)無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制造； 為提高生產(chǎn)率、縮短新產(chǎn)品研制周期、保證產(chǎn)品產(chǎn)量、降低成本創(chuàng)造了 有利的條件，尤其是對(duì)三維復(fù)雜曲面零件，只要作適當(dāng)?shù)男薷木湍墚a(chǎn)生新的 NC 代碼，因而它具有相當(dāng)大的柔性。圖1-7應(yīng)用CAD /CAM集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工的流程圖從上世紀(jì)40年代第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，50年代出現(xiàn)了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床， 6

7、0年代的交互式圖像顯示設(shè)備，70年代的工作站(Workstation)和造型技術(shù)(Wireframe Modeling、Solid Modeling、Surface Modeling)，以至 80 年代的 智能機(jī)器人及專家系統(tǒng)，CAD/CAM歷經(jīng)形成、發(fā)展、提高和集成各個(gè)階段。 90年代中期以后便向著，如圖1-7所示。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間幾何造型技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和系統(tǒng)集成技 術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，如今已出現(xiàn)了一批功能強(qiáng)大的CAD/CAM軟件，如法國(guó)達(dá)索飛機(jī)制造公司的CATIA、美國(guó)麥道航空公司的UG-II和美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司的 Pro/E，我國(guó)北航海爾的制造工程師(CAXA-ME)等，這些軟

8、件都具有空間異型 曲面的數(shù)控加工程序編制功能，且具有智能型后置處理環(huán)境，可以面向眾多的 數(shù)控機(jī)床和大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)飛速發(fā)展，使微機(jī)的性能價(jià)格比不斷進(jìn)步。目前 世界上很多著名的CAD/CAM軟件公司已著手開發(fā)了基于微機(jī)的 CAD/CAM軟 件，使原來(lái)只能在工作站上運(yùn)行的軟件，在微機(jī)上同樣可以運(yùn)行。硬件本錢的 大幅度降低，使CAD/CAM能夠得以廣泛應(yīng)用。對(duì)于使用多種CAD/CAM系統(tǒng)，配備多種機(jī)床各種類型數(shù)控系統(tǒng)的情況就 更為復(fù)雜，這是由于后置處理面臨如下紛繁的情況：1刀具路徑文件格式的多樣性刀具路徑文件采用APT語(yǔ)言格式，這種語(yǔ)言接近于英語(yǔ)自然語(yǔ)言，它描述 當(dāng)前的機(jī)床狀態(tài)

9、及刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡。它的內(nèi)容和格式不受機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng) 類型的影響。但不同的CAD/CAM軟件天生的刀具路徑文件的格式均有所不同如：“調(diào)用n號(hào)刀具，長(zhǎng)度補(bǔ)償選用a寄存器中的值”，表示這一功能的指令在不同的 CAM系統(tǒng)表述格式不同，如表1-1。表1-1 不同種CAD/CAM系統(tǒng)的表述格式CAD/CAM 系統(tǒng)表述格式ug- nLOAD/TOOL，n，ADJUST，aCATIALOADTL/n，1Pro/ELOADTL/n，OSETNO，aCV CADDSLOAD/TOOL，n，OSETNO，a2.NC程序格式的多樣性NC程序由一系列程序段組成，通常每一程序段包含了加工操縱的一個(gè)單步命令，程序段通常

10、是由N、G、X、丫、Z、F、S、T、M 地址字和相應(yīng)的數(shù)字值組成的。(1) ISO 1056-1975標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其中的部分預(yù)備代碼功能、輔助功能代碼的功能作了同一的規(guī)定如：G00快速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、G01直線插補(bǔ)、G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)、G03 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)、G04駐留。但還有大量的未作同一規(guī)定的“不指定代碼”，其中不指定的“ G”代碼由數(shù)控 系統(tǒng)廠家根據(jù)需要自行制定其代碼功能，如表1-2。G代碼FANUC-15MA 系統(tǒng)TOSNUC 800-M 系統(tǒng)G10數(shù)據(jù)設(shè)置撤銷坐標(biāo)轉(zhuǎn)換G11取消數(shù)據(jù)設(shè)置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換G15取消極坐標(biāo)命令G16極坐標(biāo)命令未做同一規(guī)定的“ M”代碼由數(shù)控機(jī)床制造廠根據(jù)其機(jī)床所具有的附屬設(shè)

11、 備功能制定其代碼功能。如日本日立精機(jī)公司制造的柔性加工單元HG500,帶有16個(gè)托盤(PPL)，托盤可自動(dòng)交換，實(shí)現(xiàn)無(wú)人加工。為了控制托盤自動(dòng)進(jìn)進(jìn) 主機(jī)，它用M87M89代碼控制A.P.C門的開關(guān)：表1-3自行制定的M ”代碼功能M87A.P.C door right ope nA.P.C右側(cè)門打開M88A.P.C door left openA.P.C左側(cè)門打開M89A. P.C door closeA.P.C門關(guān)閉(2)有些數(shù)控系統(tǒng)對(duì)部分 G代碼的功能并不嚴(yán)守ISO-1056標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而是自 行定義，如表1-4所示。表1-4東芝數(shù)控系統(tǒng)自行定義的G碼功能G代碼TOSNUC 800-MI

12、SOG20參考點(diǎn)返回檢查英制G21第2、3、4參考點(diǎn)返回檢查公制G44取消長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)毒咂?負(fù)G93局部坐標(biāo)系設(shè)定時(shí)間倒數(shù)進(jìn)給(3)個(gè)別數(shù)控系統(tǒng)的NC程序采用了比較特殊的代碼格式如:HEIDENHAIN TNC426 系統(tǒng)的右補(bǔ)償直線插補(bǔ)語(yǔ)句格式：FL X+10 丫+10 RL對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)代碼 ：G01 G42 X10 丫10。3.技術(shù)需求的多樣性隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的進(jìn)展，現(xiàn)在的后置處理技術(shù)已不能停留在僅僅是 對(duì)刀具路徑文件的代碼轉(zhuǎn)換，而是增加了從具體的加工需求特征、具體的數(shù)控 機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的特征出發(fā)，賦予后置處理器以更多的功能要求。高速數(shù)控加工的出現(xiàn)不僅對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求，

13、對(duì)于加 工工藝的策劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出了新的要求。又如各種數(shù)控系統(tǒng)在曲面加工時(shí)，所用的曲面擬合模型不盡相同，有的用 Nurbs擬合模型，有的用Bezier擬合模型，有的用Polymial擬合模型，還有的 用Spline擬合模型，后置處理器就面臨支持相應(yīng)的多種曲面擬合模型的題目。因此，要使所生成的數(shù)控程序不經(jīng)手工修改，直接應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工， 則必須針對(duì)每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床定制專用的后置處理器。特別是對(duì)于多軸數(shù)控加工 機(jī)床，各大CAD/CAM軟件廠家提供的多軸后置處理器還有很大的局限性，通 用性不好，有的軟件僅提供了三軸后置處理器。而針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床，目前只 有一些經(jīng)過(guò)改良的后置處

14、理器，五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開發(fā)。因此能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件，并做優(yōu)化處理，以適應(yīng)不同 類型的機(jī)床、不同類型的系統(tǒng)、不同類型的零件的加工需求，生成的 NC程序 不需人工做二次修改，而直接應(yīng)用于機(jī)床是后置處理器技術(shù)的發(fā)展方向。高速數(shù)控加工的出現(xiàn)不僅對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求，對(duì)于加 工工藝的策劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出了新的要求。又如各種數(shù)控系統(tǒng)在曲面加工時(shí)，所用的曲面擬合模型不盡相同，有的用 Nurbs擬合模型，有的用Bezier擬合模型，有的用Polymial擬合模型，還有的 用Spline擬合模型，后置處理器就面臨支持相應(yīng)的多種曲面擬合模型的

15、題目。 因此，要使所生成的數(shù)控程序不經(jīng)手工修改，直接應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工， 則必須針對(duì)每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床定制專用的后置處理器。特別是對(duì)于多軸數(shù)控加工 機(jī)床，各大CAD/CAM軟件廠家提供的多軸后置處理器還有很大的局限性，通 用性不好，有的軟件僅提供了三軸后置處理器。而針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床，目前只 有一些經(jīng)過(guò)改良的后置處理器，五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開發(fā)。因此能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件，并做優(yōu)化處理，以適應(yīng)不同類型的機(jī)床、不同類型的系統(tǒng)、不同類型的零件的加工需求，生成的NC程序不需人工做二次修改，而直接應(yīng)用于機(jī)床是后置處理器技術(shù)的發(fā)展方向。圖1-7 CAD/CAM發(fā)展情況后置處理技術(shù)從

16、圖1-7我們可以看出，傳統(tǒng)的機(jī)械制造方式正在向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)集成系統(tǒng)又是實(shí)現(xiàn)CIMS 的核心技術(shù)。實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)的無(wú)縫集成，必須將CAD/CAM自動(dòng)編程系 統(tǒng)生成的APT格式的刀位代碼轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的程序。在數(shù)控編程中，將刀具軌跡計(jì)算過(guò)程稱為前置處理。為使前置處理通用化，按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，將刀位軌跡計(jì)算統(tǒng)一在工件坐標(biāo)系中進(jìn)行，而不考慮具體 機(jī)床結(jié)構(gòu)及指令格式，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件。因此，要獲得數(shù)控機(jī)床加工程序，還需要將前置計(jì)算所得的刀位數(shù)據(jù)換成具體 機(jī)床的程序代碼，該過(guò)程稱為后置處理，即根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令

17、 格式將前置計(jì)算的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。后置處理的目的是形成數(shù)控加工指令文 件。由于各種機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所以，所用的數(shù)控指令文件的代碼和 格式也有所不同。因此CAD/CAM數(shù)控編程系統(tǒng)通常設(shè)置一個(gè)后置處理文件選 項(xiàng)，生成與某類數(shù)控系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的加工文件，按文件所使用的格式定義數(shù)控文 件所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容，輸出所需要的加工文件，也 可對(duì)文件進(jìn)行必要的編輯修改。圖1-5為CAD/CAM系統(tǒng)中一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程，可見后置處理器 是銜接CAD/CAM集成系統(tǒng)與數(shù)控加工設(shè)備的紐帶。面向通用化后置處理系統(tǒng)分

18、為專用后置處理系統(tǒng)和通用后置處理系統(tǒng)。前者一般是針對(duì)專用數(shù)控編程系統(tǒng)和特定數(shù)控機(jī)床而開發(fā)的專用后置處理程序，流程圖如下圖所示通用后置處理系統(tǒng)一般指后置處理程序功能的通用化，要求能針對(duì)不同類 型的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀位原文件進(jìn)行后置處理，輸出數(shù)控程序。刀位原文件后蚤處理稈序1后置處理程序2后気處理程序門*機(jī)床1NC程序*機(jī)床2NC程序機(jī)床nNC程序2) 面向高速加工 高速數(shù)控加工是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給、較小的切削深度和間距為 加工特征的高效率、高精度數(shù)控加工方式，它不僅對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出 了新的要求，對(duì)于加工工藝的規(guī)劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出 了新的要求。普通數(shù)控加工中 CAM

19、 系統(tǒng)主要采用小的直線和圓弧作為刀具移動(dòng)路徑， 生成的數(shù)控程序量大，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)。高速數(shù)控加工中采用 NURBS 插補(bǔ)刀軌， 通過(guò)控制點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)矢量和權(quán)三個(gè)變量來(lái)表達(dá)自由曲線，對(duì)復(fù)雜曲面加工的程序 量可減少 1/ 2 以上，加工時(shí)間縮短 1/ 3以上，加工精度更高。3) 非線性誤差、進(jìn)給速度校核CAD/CAM 系統(tǒng)中大多采用對(duì)走刀軌跡進(jìn)行弧弦逼近，刀具運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)面 與加工表面之間存在逼近誤差，根據(jù)誤差的大小決定走刀步長(zhǎng)和加工帶寬度。 對(duì)于多軸聯(lián)動(dòng)，特別是包含旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的曲面加工的理論刀具軌跡是由刀具與 零件表面的嚙合關(guān)系所確定的非線性連續(xù)曲線，由此得到的機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸的理 想聯(lián)動(dòng)規(guī)律是復(fù)雜的非線性關(guān)

20、系。但由于目前的 CNC 在多軸聯(lián)動(dòng)控制時(shí)一般 只具有線性插補(bǔ)功能，該非線性連續(xù)軌跡只能以一系列小直線段進(jìn)行離散逼近 后，再由 CNC 控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸作線性插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)被加工曲面的近似包絡(luò)成 型，由此將導(dǎo)致為非線性誤差。由于該誤差的大小與機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，在通 用化的前置處理中難以處理。因此，一般還需在后置處理中根據(jù)刀位文件中的 離散刀位信息對(duì)非線性誤差進(jìn)行校驗(yàn)與修正。4) STEP-NC 模型1997年歐共體提出了 STEP-NC概念，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) STEP擴(kuò)展至 CNC領(lǐng)域，重新定義了 CAD/CAM 與CNC之間的接口，它要求 CNC系統(tǒng)直 接使用符合 STEP 標(biāo)準(zhǔn)的 CAD 三

21、維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型 (包括幾何數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)和制造 特征)，加上工藝的信息和刀具信息， 直接產(chǎn)生加工程序來(lái)控制機(jī)床。 STEP-NC 使產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)庫(kù)用作數(shù)控機(jī)床的直接輸入文檔， 不存在單獨(dú)的刀具路徑文件， 廢棄了 G 代碼和 M 代碼，從而不再需要后置處理系統(tǒng)。STEP-NC是目前世界工業(yè)化國(guó)家研究的熱點(diǎn)， 其中具代表性的研究項(xiàng)目有 歐洲的STEP-NC項(xiàng)目、美國(guó)的Super modal項(xiàng)目、日本的Digital Master項(xiàng)目等。 但 STEP-NC 的推廣需更新或廢棄現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)和 CAM 系統(tǒng)，這不是短期內(nèi)可 以實(shí)現(xiàn)的事。20世紀(jì)50年代由麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì) APT數(shù)控語(yǔ)言后，后置處理就成為自

22、 動(dòng)編程的重要組成部分。在APT中后置處理采用批處理方式，在編輯狀態(tài)下利 用匯編語(yǔ)言，將前置處理語(yǔ)句與數(shù)控輸出程序字或程序段一一對(duì)應(yīng)。 對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控指令文件的代碼和格式也有所不同，也就是說(shuō) 需要編寫不同的后置處理程序。由于數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，機(jī)床配置不盡相同， 代碼差異大，因此必須為每種數(shù)控機(jī)床配置專用后置處理程序。1980 年 IBM 公司為解決 APT 刀位源文件的處理推出了 DAPP(Design Aid for Post Processor系統(tǒng)，系統(tǒng)提供給用戶生成后置處理系統(tǒng)所需的一些程序和 文件，如輸入模塊、輸出模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。該系統(tǒng)將一些計(jì)算、分析模 塊公共化、標(biāo)準(zhǔn)

23、化，使后置處理系統(tǒng)向通用化發(fā)展邁進(jìn)了一步。但它采用高級(jí) 語(yǔ)言編寫描述機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，要求用戶既熟悉數(shù)控知識(shí)，又具備較豐富的軟 件編程經(jīng)驗(yàn)，因此給程序編寫、修改和維護(hù)帶來(lái)一定困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，編程系統(tǒng)向 CAD/ CAM 一體化迅速發(fā)展，各種 CAD/CAM 系統(tǒng)，功能有強(qiáng)有弱，但 CAM 部分都由五個(gè)基本模塊組成：交互 工藝參數(shù)輸入模塊、刀位軌跡計(jì)算模塊、刀位軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿 真模塊和后置處理Post Processing模塊，其中后置處理模塊是CAD/ CAM系統(tǒng) 的一個(gè)重要部分。1后置處理的幾何算法使用商用 CAD/CAM 軟件得到的是 APT 格式的文件，這種文件使

24、用的是工件坐標(biāo)系，給 出的是刀頭的位置與刀具的矢量方向。而一般五軸機(jī)床是以轉(zhuǎn)軸中心為控制點(diǎn)，所需的是 轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)的位置與刀具旋轉(zhuǎn)的角度 A,B 以及進(jìn)刀因數(shù) E 。故，需要進(jìn)行幾何運(yùn)算實(shí)現(xiàn)坐 標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。對(duì)于具體的計(jì)算過(guò)程，在 4 與5、6 中均有較為詳細(xì)的描述。對(duì)于不同的機(jī)床，其所需描述刀具位置的因素也可能不同，甚至坐標(biāo)系的確定也不一致。 故，難以有較為統(tǒng)一的算法來(lái)確定坐標(biāo)上的轉(zhuǎn)換。但是坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的思想是相同的，即通過(guò) 空間幾何的方法，將 APT 文件中的機(jī)床刀頭位置與刀具矢量方向轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w機(jī)床所需的 數(shù)字量。2后置處理的譯碼APT 文件中并不包含一般機(jī)床所用的 G 代碼或是 M 代碼，而是用

25、 GOTO 、 STOP 等語(yǔ) 句來(lái)描述機(jī)床的動(dòng)作，后置處理的譯碼既是將這些一般性語(yǔ)句改成專門的機(jī)床運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句。 下面是一些 APT 中的常用語(yǔ)句所代表的含義。讀者可以根據(jù)機(jī)床的語(yǔ)法來(lái)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的描 述。表APT常用語(yǔ)語(yǔ)意3 程序設(shè)計(jì)框圖圖3 4中給出的后置處理過(guò)程圖這是4中給出的一個(gè)后置處理過(guò)程圖，其進(jìn)行了由大型商用軟件Catia所產(chǎn)生的APT文件到MACS5000五坐標(biāo)數(shù)控龍門銃床數(shù)控程序的后置處理文件的編寫。從過(guò)程上看，后置處理分為運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句的后置處理與非運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句的后置處理兩部分，運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句的處理主要是位置因素的計(jì)算，而非運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句則是APT語(yǔ)句到NC代碼語(yǔ)句的轉(zhuǎn)化。這個(gè)流程圖代表了一般后置處理的

26、過(guò)程。四結(jié)論總體來(lái)說(shuō)，由于機(jī)床程序的多樣性，很難找到一個(gè)通用的方法對(duì) APT文件進(jìn)行后置處理。 使用最廣乏的仍舊是一對(duì)一的編程方式。在程序的編制過(guò)程中，對(duì)機(jī)床坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的把握， 以及機(jī)床語(yǔ)言的熟悉程度是決定后置處理程序好壞的關(guān)鍵。對(duì)機(jī)床的了解主要包括，刀具 位置描述所需的因素，坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，進(jìn)給量、轉(zhuǎn)速等的描述方法，運(yùn)動(dòng)的描述以及一 些特殊的語(yǔ)法。后置處理得到的結(jié)果可能是錯(cuò)誤的，其原因可能是因?yàn)楹笾锰幚淼姆g過(guò)程存在問(wèn)題。也可能是APT刀軌本身具有一定的問(wèn)題，需要通過(guò)一定的手段來(lái)檢驗(yàn)NC代碼的準(zhǔn)確性。一般可以直接運(yùn)行來(lái)檢驗(yàn)其正確性，也可以使用一定的數(shù)控仿真軟件進(jìn)行模擬仿真來(lái)驗(yàn)證 其準(zhǔn)確性。后置

27、處理的研究是機(jī)床程序語(yǔ)言不通用性的產(chǎn)物，也必然會(huì)隨著機(jī)床控制通用性的實(shí)現(xiàn)而消亡。而機(jī)器人操作 PC化的趨勢(shì)也許會(huì)使機(jī)床的控制的通用性成為現(xiàn)實(shí)，那時(shí)，后置 處理也會(huì)越來(lái)越少的受人關(guān)注。APT語(yǔ)句所表示的含義FROM/x,y, z, a,b,c無(wú)切削移動(dòng)至位置（表示因素由機(jī)床決定）GOTO/x,y,z a,b,c切削至位置（表示因素由機(jī)床決定）FEDRAT/n進(jìn)給量CUTTER刀具SPINDL/n, cw(ccw旋轉(zhuǎn)速率順時(shí)針，（逆時(shí)針）/offCOOLNT on打開冷卻液off關(guān)閉冷卻液RAPID快速進(jìn)給至STOP停止運(yùn)動(dòng)FINI序號(hào)序號(hào)內(nèi)將29411紅L曲量i11加工逍鼻嗒?備tt'程

28、序結(jié)束我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀1952年誕生的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是制造技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一項(xiàng)重大突破， 志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時(shí)代的開始；就制造行業(yè)而言，具有跨時(shí)代的意義和 深遠(yuǎn)的影響。世界上主要的的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的研究。目前數(shù) 控加工技術(shù)已從當(dāng)初的航空工業(yè)部門逐步擴(kuò)大到汽車、造船、機(jī)床、建筑等民停止旋轉(zhuǎn)用機(jī)械制造業(yè)，并取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益從上世紀(jì) 50 年代末我國(guó)也開始數(shù)控技術(shù)的研究及數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)。 1958 年清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠合作研制了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床。 20 世紀(jì) 70 年 代初期，曾掀起研制數(shù)控機(jī)床的熱潮，但當(dāng)時(shí)是采用分立元件，性能不穩(wěn)定， 可靠性差。 1980

29、 年北京、上海機(jī)床研究所及遼寧精密儀器廠分別引進(jìn)了日本 FANUC 和美國(guó)的 MTC 、Dynapth LTD 數(shù)控系統(tǒng)，在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先 進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，國(guó)產(chǎn) 數(shù)控系統(tǒng)基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，可靠性有了很大提高。 20 世紀(jì) 90 年代末， 華中數(shù)控自主開發(fā)出基于 PC-NC 的 HNC 數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，加 大了我國(guó)數(shù)控機(jī)床在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力度。后置處理技術(shù) 也就是說(shuō)數(shù)控加工的后置處理是 CAD/CAM 集成系統(tǒng)非常重要的組成部分， 它 直接影響 CAD/CAM 軟件的使用效果及零件的加工質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工技術(shù)涉及數(shù)控機(jī)床加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)兩方面， 數(shù)控編程是目前 CAD/CAM 系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。 對(duì)于復(fù)雜零 件，特別是具有空間曲線、曲面的零件，如葉片、葉輪、復(fù)雜模具等或