数控自动编程系统

数控自动编程系统（精选11篇）

数控自动编程系统 第1篇

数控技术是先进制造技术的核心[1]，大量的数控机床以及先进的CAM系统已经逐步在企业中普及，生产效率得到了极大提高。但是长期以来，数控工艺没有形成统一的规范性文件，不利于技术的传承。目前的数控自动编程系统(UG、CATIA、Pro/E、MasterCAM等)主要以零件的三维实体模型或计算机辅助设计(CAD)工程图为基础结合人工交互，在系统软件界面上，人工输入各种参数，来获得CAM所需要的工艺数据[2]。这种数控工艺数据的获取不利于保存，且无法成为CAPP系统与CAM系统之间连接的桥梁。

1 工艺数据模型

1.1 工艺数据模型格式

工艺规程是将原材料加工成具有特定形状的最终产品的指导文件[3]。工艺规程文件由CAPP软件生成，其中的数据信息通过CAPP和CAM之间的接口传送到CAM系统，CAM系统根据数控工艺规程生成NC代码并进行切削仿真。因此数控工艺规程是连接CAPP系统和CAM系统的纽带。是制造企业信息集成系统必不可少的一环。

和普通的工艺文件一样，数控工艺文件也包含了零件加工所需的所有工艺参数。数控工艺文件对文件格式的要求更加严格，包含的内容也更为具体。工艺规程必须要有具体的格式才能被计算机识别。本文针对数控自动编程原理制定了一种工艺数据模型，以便于计算机系统读取。

工艺规程文件的格式如下：

1)“/…/”中间的内容为注释内容，注释内容被系统读入并在需要查看数控工艺时进行显示，但系统不对注释内容进行处理;

2)“工步”、“加工面号”、“加工模式”等文字为系统所识别的关键词。关键词后面为字符括号“()”、括号内的内容同样为注释内容，帮助拟定工艺参数和帮助工作人员查看工艺，括号内可以没有内容。

3)关键词后面以字符“:”为工艺参数的起始标志，当“:”后面没有内容时，系统自动采取默认的参数。如“主轴转向(*正转0，反转1):”，当“:”后为空或为“0”时，主轴正转;为“1”时，主轴反转。

4)由于一套工艺文件中可能会有多个工步，因此格式中以符号“####################################”隔开，这样既有利于计算机对工艺内容的识别和提取，又便于浏览工艺文件。

1.2 基于工艺信息初始化系统参数

一个工艺规程包含了一套有顺序的特征切削行为和相关的切削刀具及加工参数。切削刀具参数主要包括刀具号、刀具直径、刀具补偿、刀具长度偏置等;加工参数主要包括切削速度、主轴转速、切削深度和冷却液状态等[4]。

系统基于工艺参数作如下初始化工作：

工步：工艺进行程度标志。赋值给整形变量Step_Num;

加工面号：在某一工步中待加工的平面，当被加工特征由多个平面组成时，需要输入该特征包含的所有面的面号，中间用“，”隔开。赋值给字符串变量FaceNumber;

加工模式：对零件模型的特征进行删除操作还是修改操作。赋值给布尔变量ProcessMode;

刀具直径：切削刀具模型的直径。赋值给浮点型变量Diameter;

步距：刀具横向进给一次的距离与所占刀具直径的比值，步距与刀具直径的乘积即是背吃刀量，因此步距小于等于1。赋值给浮点型变量StepOver;

铣削角度：切削运动时刀具走刀路线与X轴的夹角。赋值给整型变量Real_Angle;

切出量：为保证材料能够完全被去除，一次纵向走刀到达被加工面的边界后，继续切出的一段距离。赋值给浮点型变量StockOffset;

安全平面：刀具提刀动作时为了不与毛坯产生碰撞应提升的最低高度的Z坐标值。赋值给浮点型变量SafePlane;

总切削深度：在该工步内去除材料的总深度。赋值给浮点型变量Depth;

递进深度：当总切削厚度比较大需分几层切削时，每一次的切削深度。赋值给浮点型变量DepthStep;

另外，主轴转向、转速、进给速度、切削液等工艺参数是对系统的材料去除仿真结果没有影响，但会对机床实际加工产生影响的工艺参数。

2 数控代码的生成和输出

在产品的数字化设计与制造中，零件的特征识别是一项非常关键的技术[5]。本文以数控工艺文件为驱动，在零件特征识别技术的基础上对平面铣削的数控代码自动生成算法进行了初步研究。

1)无内边界平面自动数控编程思路

在自动数控编程中用到的工艺参数主要有刀具直径D、步距S、切出量F、切削角α和安全平面SafePlane等，光滑平面自动数控编程的算法思路为：读入平面的几何信息，在已知边界的情况下，从平面的一端开始，沿切削角纵向走刀，刀具切出毛坯后，进行横向进给，然后沿负切削角纵向走刀，直至刀具走完整个要切削的毛坯表面区域。刀具轨迹如图1所示。

2)具有凹内边界的平面自动编程思路

平面的凹内边界可以是圆孔、型腔或不规则通孔，自动编程算法的具体实现过程如下：

找到内边界在x方向上的最大值和最小值，同时找到y方向上的最大值和最小值，如果x方向和y方向上最大值和最小值之间的距离都大于两倍的刀具直径，则视为不可忽略的内边界，需要针对凹内边界设计自动编程算法;如果不满足上述两条件中的其中之一，则视为可忽略的内边界，即仍把平面当作没有内边界的平面来进行切削。当内边界不能被忽略时走刀路线如图2所示。

1)铣削起点是从平面外边界的x坐标最小的点开始，如果x坐标最小的点有两个或多个，则找出其中y坐标最小的点。在刀具右端没有超过内边界x坐标最小的点时，按没有内边界平面的情况进行铣削。

2)首先设一个布尔变量HasCut，令其值为“假”。当刀具右端超过内边界x坐标最小的点时，记录当前点的x坐标X1，开始在平面的一侧沿内边界的轮廓进行铣削。如图6-2所示，A点的x坐标超过了内边界x坐标最小的点，而且内边界满足不能忽略内边界的条件，因此下一个刀位点不是C点，而是B点当A在外边界的最上边时，应找到过当前刀位点沿切削方向的直线与内边界的上交点B。

3)当刀具右端超过内边界x坐标最大的点时，记录当前点的x坐标X2，返回前面记录的x坐标X1上，在平面的另一侧沿内边界的轮廓进行铣削。如图6-2所示，当铣削到D点后，判断刀具右端点D点的x坐标加上进给量是否大于内边界上x坐标最大的点，如果是，则将刀具提升到安全平面，刀具沿图中箭头方向走到C点，另HasCut的值为“真”。当刀具走到E点时检验到HasCut的值为“真”便不再返回A点重复切削了。

4)当刀具再次到达X2时，内边界铣削完毕，此时再把平面当作没有内边界的平面来进行切削，直到切削刀具右端超过外边界x坐标最大的点时切削完成。

NC代码的输出：NC代码由头部，主体和尾部三部分组成。NC代码头部的指令完成刀具切削前的准备工作，如设置刀补、单位、主轴转速、进给速度等。NC代码尾部的指令完成刀具切削完毕后的结束动作，如主轴停转、关闭冷却液、坐标轴回原点等。头部和尾部格式比较固定，本文结合工艺规程，基于以上格式，在程序的开始和结尾输出NC代码的头部和尾部。数控程序的主体是刀位点的坐标，每得到一个刀位点，便执行一次输出指令，同时附加相应的准备功能地址符。

3 结束语

计算机集成制造系统是制造业企业走向现代化的发展方向，本文根据工艺工艺规范制定了一种能够被CAM系统读取的数控工艺文件，并在数控工艺文件的基础上对不同类型平面铣削的数控代码自动生产算法进行了研究。本文的对国内CAPP和CAM系统的集成性研究有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]魏林.基于CAXA制造工程师的零件锻模自动编程研究[J].制造业信息化,2013,3:72-73.

[2]田富军,张红旗,陈帝江,等.基于Teamcenter的数控加工工艺设计研究[J].制造业自动化,2013,37(7):7-9.

[3]J.Ciurana,M.L.Garcia-Romeu,I.Ferrer,et al.A model for integrating process planning and production planning and control in machining processes[J].2008,24(4):532-544.

[4]M.HOU,T.N.FADDIS.Automatic tool path generation of a feature-based CAD/CAPP/CAM integrated system[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturin g,2006,19(4):350-358.

数控自动编程实训说明 第2篇

2014.01.08

一、课程性质和有关说明

（一）课程性质

《数控自动编程实训》是中央广播大学机械设计及自动化（专科）（数控方向）必修实践环节。该环节是以CAD/CAM软件作为实训平台，利用数控加工的基础理论和工艺知识，针对数控铣/加工中心和数控车的自动编程进行实践训练。通过本环节的学习，使学生熟练掌握CAD/CAM软件在数控自动编程中的应用。

（二）关于考核的有关说明

1．考核对象：机械设计及自动化（专科）（数控方向）的专科生。

2．考核方式：

（1）本实训考核成绩由上机考核和实训报告两部分组成，比例为8：2，上机考核以CAD/CAM软件的应用技能为主，考核时间180分钟。

（2）实训报告内容由实训目的、实训要求、实训内容、主要实训软件、典型实训作品及其工艺过程（包括零件图、工序卡、数控加工程序）、实训心得体会等组成；实训报告不少于3000字。

（3）上机考核内容及比例分配：几何造型或加工造型、加工轨迹、加工程序生成及后置处理；考核不少于三道试题，数控铣占2/3，数控车占1/3；零件应有典型性、综合性。

（4）学生必须完成平时实训作业后，才能参加上机考核，考核可以采用现场评分或者提交电子文档的方式进行评分。

3．命题依据：本考核说明是以中央电大机械设计及自动化（专科）（数控方向）“数控自动编程实训教学大纲”为依据而编制的，本考核说明是考核命题的依据。

（三）上机考核样卷

自动编程实训上机考核样卷

1、（40分）加工下题所示零件。根据图纸尺寸及技术要求，完成下列内容：

（1）完成零件的车削几何造型；（15分）

（2）根据工艺卡中的加工顺序，进行零件的轮廓粗/精加工、切槽加工和螺纹加工，生成加工轨迹；（20分）

（3）进行机床参数设置和后置处理，生成NC加工程序；（5分）

（4）将造型、加工轨迹和NC加工程序文件，以准考证号加Ta1作为文件名，保存到指定服务器上。（若不保存，本大题不得分）

2、根据下图尺寸不限方法完成零件造型，应用平面区域加工方法生成加工两个凹槽的轨迹。应用导动加工方法生成加工球面的轨迹。应用平面轮廓方法生成加工140×110×5凸台的轮廓轨迹。加工轨迹不分粗精加工，以准考证号加c为文件名将轨迹和造型保存为.mxe格式文件。（30分）

3、按照下图中的尺寸不限方法生成加工零件的造型，引用等高粗加工完成零件外形加工，应用参数线加工方法完成上表面的精加工。将完成的造型和加工轨迹，以准考证号加b为文件名保存为.mxe格式文件。（30分）

二、考核内容和要求

第一部分 数控铣和加工中心的自动编程

1．几何造型

（1）考核知识点与技能点

1）线架造型

点、线、面的生成；曲线绘制、几何变换、典型零件线架造型

2）曲面造型

曲面生成、曲面编辑、典型零件曲面造型

3）实体造型

绘制草图、轮廓特征、处理特征、阵列特征、基准面、典型零件实体造型

（2）考核要求

1）掌握点、线、面的生成方法；

2）掌握线架造型、曲面造型以及它们的几何变换；

3）掌握绘制草图、特征造型、特征处理、阵列、基准面的建立；

4）掌握典型零件的实体造型。

2．平面轮廓与平面型腔加工

（1）考核知识点与技能点

1）平面轮廓铣的概念

① 封闭轮廓、开轮廓、自交轮廓的概念

② 岛的概念

③ 拔模斜度的概念

2）刀具的选择和刀具参数的设置

3）平面和平面型腔铣削

① 行切方法

② 环切方法

4）轮廓的铣加工

① 轮廓铣削方向，即轮廓的顺、逆铣

② 轮廓铣削时的刀具偏移方向

③ 轮廓的清根铣削

5）平面轮廓和型腔铣削时的走刀路线

① 分层加工

② 轮廓铣的切入/切出

③ 余量的分配

6）典型平面轮廓和型腔零件的加工方法

（2）考核要求

1）理解平面轮廓和型腔铣的基本概念

2）掌握刀具的正确选择和刀具参数的设置

3）掌握正确的刀具铣削方向

4）掌握走刀路线的正确选择

5）掌握典型平面轮廓和型腔零件的加工轨迹生成方法。

3．曲面加工

（1）考核知识点与技能点

1）曲面加工的概念

2）曲面的各种粗加工方法

3）曲面的各种精加工方法

4）曲面加工的精度控制

① 曲面加工时的步距精度

② 曲面加工时的行距控制

5）典型曲面的加工方法

（2）考核要求

1）掌握曲面铣削的刀具参数设置

2）掌握各种粗、精的加工方法

3）掌握走刀路线的正确选择

4）掌握典型曲面零件加工轨迹的生成方法

4．孔系加工

（1）考核知识点与技能点

1）孔系加工的概念

2）孔加工刀具的参数设置

3）孔加工的走刀路线

4）孔加工的固定循环

5）典型孔系零件加工方法的综合运用

（2）考核要求

1）掌握孔加工的刀具参数设置

2）掌握孔系零件钻、扩、铰、镗的走刀路线

3）掌握孔系零件加工轨迹的生成方法

5．刀具路径的编辑与几何变换

（1）考核知识点与技能点

1）刀具路径编辑与几何变换的概念

2）刀具路径的编辑方法

3）刀具路径的参数修改

4）刀具路径编辑和参数修改的综合应用实例

（2）考核要求

1）理解刀具路径编辑与几何变换的概念

2）掌握刀具路径的编辑方法，能够实际应用。

3）掌握刀具路径的参数修改方法，能够实际应用。

6．后处理参数设置和数控程序

（1）考核知识点与技能点

1）CAM后处理模块的概念

2）后处理的参数设置

3）常用后处理宏变量的应用

（2）考核要求

1）掌握后处理的参数设置

2）掌握常用后处理的方法

7．仿真加工或实际机床演示

（1）考核知识点与技能点

1）仿真加工软件的基本运用

2）仿真加工软件的参数设置

3）仿真加工的程序运行

4）数控铣床（加工中心）的操作

5）数控系统与计算机自动编程系统的通讯

（2）考核要求

1）掌握仿真软件的使用

2）掌握数控铣床（加工中心）的基本操作

3）了解数控系统与计算机之间的通讯方法

第二部分 数控车削的自动编程

1．基本图形的构建

（1）考核知识点与技能点

1）线架造型

点、直线、圆弧、圆、公式曲线、样条线的构建方法

2）曲线编辑和几何变换的方法

曲线裁剪、过渡、平移、旋转、镜像、比例缩放

3）典型零件图形构建

（2）考核要求

1）掌握各种点和线的生成方法

2）掌握曲线的编辑和几何变换方法

3）能够进行典型零件的几何造型和加工造型

2．车削刀具的选择和参数设置

（1）考核知识点与技能点

1）根据加工部位选择选择正确的刀具

轮廓车刀的选择、切槽刀具的选择、螺纹车刀的选择和钻孔刀具的选择

2）刀具参数的设置

刀具编号、刀具长度、刀具角度、刀尖半径等

3）典型零件加工的刀具选择

（2）考核要求

1）掌握车削刀具的选择的方法，2）掌握车削刀具的参数设置

3）掌握典型零件车削刀具的组合应用

3．轮廓粗车加工

（1）考核知识点与技能点

1）内外轮廓的粗加工的方法

2）粗加工的进退刀方式

3）切削用量的选择

进给量、恒转速、恒线速度

4）典型零件的粗车实例

（2）考核要求

1）掌握内外轮廓的粗车方法；

2）掌握正确进退刀的方法；

3）掌握切削用量的正确选择；

4）掌握典型零件的粗车，生成粗车刀具轨迹。

4．轮廓精车加工

（1）考核知识点与技能点

1）内外轮廓的精加工的方法

2）精加工的进退刀方式

3）精车的切削用量选择

4）典型零件的精车实例

（2）考核要求

1）掌握内外轮廓的精车方法；

2）掌握精车的进退刀方法；

3）掌握精车切削用量的正确选择；

4）掌握典型零件的精车加工，生成精车刀具轨迹。

5．切槽加工

（1）考核知识点与技能点

1）内外切槽加工的方法

2）切槽加工的进退刀方式

3）切槽加工切削用量的选择

4）典型零件切槽加工实例

（2）考核要求

1）掌握内外切槽加工方法；

2）掌握切槽加工的进退刀方法；

3）掌握切槽加工切削用量的正确选择；

4）掌握典型零件的切槽加工，生成切槽刀具轨迹。

6．螺纹加工

（1）考核知识点与技能点

1）内外螺纹加工的方法

2）螺纹刀具的选择

3）螺纹加工的进退刀方式

4）螺纹加工切削用量的选择

5）典型零件螺纹加工实例

（2）考核要求

1）掌握内外螺纹加工方法；

2）掌握螺纹加工的进退刀方法；

3）掌握螺纹加工切削用量的正确选择；

4）掌握典型零件的螺纹加工，生成螺纹刀具轨迹。

7．钻孔加工

（1）考核知识点与技能点

1）孔加工刀具的参数设置

2）孔加工的固定循环

3）典型零件孔加工方法的综合运用

（2）考核要求

1）掌握孔加工方法

2）掌握孔加工的刀具参数设置

3）掌握零件孔加工方法，生成孔加工刀具轨迹。

8．刀具路径的编辑与几何变换

（1）考核知识点与技能点

1）刀具路径编辑与几何变换的概念、2）刀具路径的编辑方法

3）刀具路径的参数修改

4）刀具路径编辑和参数修改的综合应用实例

（2）考核要求

1）掌握刀具路径的编辑方法

2）掌握刀具路径的参数修改方法

3）能够对刀具路径进行编辑和参数修改的操作

9．后处理参数设置和数控程序

（1）考核知识点与技能点

1）CAM后处理模块的概念

2）后处理的参数设置

3）常用后处理宏变量的应用

（2）考核要求

1）掌握后处理的参数设置

2）掌握常用后处理的方法

10．仿真加工或实际机床演示

（1）考核知识点与技能点

1）仿真加工软件的基本运用

2）仿真加工软件的参数设置

3）仿真加工的程序运行

4）数控车床的操作

5）数控系统与计算机自动编程系统的通讯

（2）考核要求

1）掌握仿真软件的使用

2）掌握数控车床的基本操作方法

基于特征编码的数控自动编程研究 第3篇

关键词：CAD/CAM；加工特征；NC编程

中图分类号：TP308 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）26-0083-02

1 特征造型技术

特征造型是近二十多年来发展起来的一种新的造型方法，它是CAD第三次技术（参数化技术）革命的里程碑。特征造型技术的发展可以分为三个阶段，第一阶段：以点和线表示实体的二维造型方法。第二阶段：传统三维几何造型方法，即以线框造型、曲面造型、实体造型等几何元素来表达实体。这种描述方法没有明显的结构、功能及工程含义，计算机很难识别和统一管理。第三阶段：将特征作为基础的三维造型方法，这种方法将大量工程信息包含到设计过程中，较好地改善了前两阶段的局限性。特征造型技术目前广泛地用于计算机辅助设计系统。

与传统三维几何造型相比，特征造型具有以下三方面的特点

{1}以特征造型为基础的零件模型易于理解和修改。在基于特征造型技术的建模过程中计算机辅助设计系统会自动生成模型树，可以将建模过程直观的反映出来。

{2}基于特征造型技术的计算机辅助设计系统是交互式的设计系统，能够让设计人员充分发挥设计的创造性，可以提高设计效率.

{3}特征造型的操作目标不是初期的线条和体素，而是层次较高的功能要素，如定位孔、螺纹孔、键槽等，零件的几何结构通过特征组合来定义。

2 特征识别和提取

在产品数字化设计与制造中，零件的特征识别是一项非常关键的技术。目前已开发出了各种CAD/CAM软件，如UG、SolidWorks、Pro/E、Catia等，这些软件都是以特征造型为基础，而特征造型为产品的数字化设计与制造过程中的特征识别创造了良好的条件。特征识别可以分为交互特征定义和自动特征识别两类。

2.1 交互特征定义

交互特征定义是在计算机显示器屏幕上对显示的零件三维实体模型操作，在操作界面的引导下，设计人员在模型上选取构成特征的一些几何实体（如几个平面），CAD/CAM软件系统就可将这些几何实体组织起来，定义为某个特征，例如选取三个相邻的正交平面，CAD/CAM软件系统就可以将其定义为槽。初步定义的特征还缺少表面粗糙度、公差等技术要求这些非几何信息，必须补充上去，这样才能完成特征建模。交互特征定义由设计人员直接对实体模型进行操作，比较直观，具有较大的灵活性，但操作繁琐，效率低。所以通常是在应用自动特征识别方法不能完全识别特征的情况下作为一种补充处理手段来使用。

2.2 特征自动识别

特征自动识别是通过计算机智能技术来取代交互特征定义中设计人员的干预。零件实体模型中的所有特征信息都具有特定的工程意义和加工工艺，特征自动识别技术可以将所有的特征信息自动提取出来。特征自动识别原理是通过特征识别器实现。特征识别器是在软件程序中设计特定的算法，该算法实际上先将零件几何模型中的所有数据遍历，然后将几何模型与一组预先定义的特征进行比较，预先定义的这组特征包含了特征造型中涉及到的所有特征，通过比较，最后就可以找到与预先定义的特征组中相匹配的模型特征，实现特征自动识别。

基于特征造型的CAD/CAM软件对于主要特征一般分为基准特征、实体特征、曲面特征、修饰特征和集合特征。基准特征包括基准的位置与坐标等信息；实体特征用于实现实体造型；曲面特征用于实现曲面造型；修饰特征不能独立存在，它只能附加在实体特征上；集合特征包括组和阵列特征。CAM所需要的是零件的加工特征，包括以下几个方面的内容：零件管理信息、形状特征信息和精度特征信息。零件管理信息由特征代码、特征名以及材料信息构成；形状特征信息描述了零件的几何形状；精度特征信息用于描述特征的几何尺寸与形状的允许变化范围。加工特征分为五大类，包括平面、曲面、孔、槽和辅助特征，其中每一大类又可以细分为若干小类。加工特征的描述要用到四类要素：特征代码、特征名、特征几何形状和特征工艺信息。其中特征几何形状表示孔的深度、半径等；特征工艺信息表示零件表面粗糙度、加工精度、材料等。

3 基于特征模型的零件柔性编码

基于特征模型的零件柔性编码系统是以数据模型原理为基础，与刚性编码系统相比，其框架结构是不固定的，零件的有效特征信息可以根据不同的零件而采用多层来详尽地描述。其描述方法为层层深入法，采用这种描述方法可以满足不同生产条件、不同场合的要求。常用零件柔性编码系统的结构有三种，即树式结构、链式结构和混合结构。基于特征模型的零件柔性编码系统是在零件实体模型的基础上，对模型特征进行识别并提取，然后采用柔性编码技术对提取出来的零件特征进行编码，在三种柔性编码系统结构中这属于混合结构编码。

混合结构编码具有以下特点：

①既有柔性码位，也有固定码位。柔性码位主要为零件的特征信息码位；固定码位用来表示零件的功能信息和总体信息，包括零件类型、尺寸、材料、热处理方法等信息；

第一层：总体特征码。总体特征码具有固定的代码长度，主要用于描述和反映零件的功能和形状特征，能够在总体上对零件进行分类，通过总体特征码可以确定零件族别。

第二层：加工面特征码。加工面特征码主要详细描述除主特征之外的零件工艺特征，这些工艺特征用于描述零件的加工面特征以及主要工艺信息。加工面的形状用加工面特征码的第一个码位表示，如平面、螺旋面、球面、齿面、孔、螺纹、槽、导轨等。在代码中零件的每一个特征信息用两个字符表示，零件的所有特征信息表现为一字符串，与传统编码系统相比，可以避免各种信息排列方式的限制，同时也克服了高项掩盖低项的缺点，使代码的含义清楚，并且可以将不具备这方面特征略去。对于添加的特征，可以用（）加以区别。零件的典型工艺可以根据加工面特征码加以确定。

第三层：非加工表面特征码。这层代码用于补充描述零件加工面特征，或者补充描述加工面特征之间的位置信息，如平行度、垂直度、倾斜度、同心度。这层代码的码位数不固定，零件加工表面特征之间的相互关系数量决定码位字符数。这层可以根据需要取舍。

4 NC代码自动生成

数控自动编程是根据零件当前加工部位的基本特征，按照一定的加工工艺，生成相应的加工指令代码及转速、进给速度、刀具指令代码，依据对加工部位的几何形状的描述，生成节点坐标指令。零件的加工方式和零件柔性编码中的特征信息决定了基本加工特征。根据零件柔性编码描述的零件基本几何信息，数控程序自动生成模块能够进行相关的数据处理，其处理方法是将外圆、端面或内孔相关参数的数据传递给刀具程序模块，例如模型基点与端面之间的相对位置关系，模型基点与厚度之间的相对位置关系，端面外圆的直径等。

完整的数控加工程序包含三大部分：数控加工准备程序段、加工程序段和结束程序段。其中数控加工准备程序段和结束程序段在数控加工程序中是必不可少的。准备程序段主要包括设置工件坐标系、设置换刀点、设定转速单位、设置最大转速、开启冷却液、启动主轴和设置旋转方向；加工程序段是根据零件的加工工艺，编写刀具轨迹，设定切削用量；数控加工程序结束段主要包括、关闭冷却液、刀具快速回退到程序起点、取消刀具补偿、主轴停转和程序结束。完整数控加工程序的准备程序段和结束程序段的格式基本相同，不同之处在于不同加工零件的相应工艺参数，因此在实际编程中，可以将相同结构的程序段写在一起。在应用程序时，通过内部调用并结合参数输入，就能自动生成所需要的代码段。

参考文献：

[1] 张英杰.面向自动数控编程的零件加工特征建模技术[J].西安交通大学学报,2008,(3).

[2] 黄利江，许建新，田锡天.基于特征模型的零件柔性编码研究[J].机床与液压，2007,(11).

数控弯线机自动编程系统平台开发 第4篇

随着我国改革的进行,工业得到了飞速的发展,五金行业迎来了巨大的发展机遇,线材弯曲制品具有巨大的市场空间。然而就目前情况来看,同类弯线机自动化、集成化程度普遍低下。现如今,我国的金属线材制品的成形加工仍然是以劳动密集型的生产方式为主,采用纯手工或者半自动的方式生产,加大了员工的劳动强度,降低了生产效率,并且严重拉高生产成本。虽然近几年来我国的数控技术得到了高速的发展,数控弯线机也逐步得到普及,然而,由于技术上的不成熟,目前现有的数控弯线机的自动化、集成化程度普遍不高。生产小批量、多种类的线材弯曲件仍然需要耗费大量的人力去绘制图纸,编写数控加工程序,这无疑降低了生产效率以及拉高生产成本。针对此种状况,本论文旨在研究以VB为工具,结合三维绘图软件Solid Works[1],建立一个通过输入线材弯曲件相关参数就能自动生成零件三维图以及自动生成用于数控生产加工的NC代码的系统平台,以期降低员工的劳力输出,提高生产效率,降低生产成本。

1数控弯线机结构及加工方法

1.1数控弯线机整体结构

现在应用较为广泛、技术较为成熟的数控弯丝机的整体结构为:旋转前置集成式,其整体结构形式如图1所示,机械结构主要包括校直模块、送料模块、旋转模块、弯曲模块、剪切模块[2]。校直模块、送料模块固定安装在机床机架上,而弯曲与剪切模块则连接在旋转模块上。所谓的旋转装置,指的是其可以相对机床床身进行转动,起到加工三维弯曲件的作用。旋转装置相对运动的本质是:线材、机架固定不转,弯曲模块和剪切模块在旋转装置的带动下相对线材做旋转运动。通常来说,线材是以卷状的形式存在的,因此在实际加工中需要对它进行校直。线材由送料模块牵引,经过校直模块后就会被完全校直,线材再穿过旋转装置、剪切模块到达弯曲模块,在进行了弯曲加工后,由剪切模块切断,然后再进行下一个弯曲件的加工,实现连续加工。在此基础上配合旋转装置的旋转运动即可加工三维弯曲件。

1.2数控弯线机弯曲加工的方法

弯模绕固定模回转,以达到弯曲加工的目的,这便是绕弯法;绕弯法加工的弯曲件的工件半径理论上由固定模尺寸以及线材直径决定,如图2所示。

其加工过程是,线材由送料模块沿送料方向送直一定长度后,弯模绕固定模中心O1逆时针转动,转过α角度后到达O2′位置,由于压力的作用以及弯模对固定模的相对运动的作用,线材也随之转动,从而弯曲成工件成型角β[4],由图2可知,工件最终的弯曲半径R与线材直径d以及固定模半径r1满足以下关系:

其中,β是工件成型角,α是弯模的转角,此法只可用于普通弯曲类零件[3]。

1.3数控弯线机CNC控制器

本文所讨论使用的CNC控制器,是台湾产某数控器型号,即HUST控制器。图4、5为HUST控制器H6D型号产品。利用此控制器,可创建用户需要的应用平台,可以集机械、电气控制、PC机后台管理为一体,集成化程度高,实际使用价值较强。该控制器具有较好的柔性功能,用户可以根据需要对该系统做出必要的调整,加以改进,以使其能控制制造出实际产品[4]。

2自动编程系统平台开发

2.1编程坐标轴设定

在进行编程系统的开发之前,需要确定坐标轴,以便确定弯曲件各点的加工坐标。图5为数控弯丝机的示意图(本论文讨论的是二维平面内的弯曲件,因此只需确定X、Y轴而不用Z轴),线材的进给方形为Y轴,弯曲方向为X轴。

2.2数控加工代码数值计算

本论文以拱形弯曲件为范例介绍自动编程系统平台的搭建,图6为拱形弯曲件示意图。

其加工过程是:X轴进给L3直线段长度与以R2为半径的圆弧长之和,然后,X方向不进给,Y轴转动以R2为半径的圆弧长的距离,最后Y轴回归原点,通过上述加工即完成了弯曲件第一弯的加工;X轴进给L2与R1对应的圆弧长之和的量,X轴方向停止进给,Y轴转动R1对应的圆弧长的距离,之后返回原点;最后,X轴方向再进给L1直线段的长度。通过以上运动,即完成了图6所示的弯曲件。具体的代码数值计算如下。

设L3的长度c,为已知;R2所对应的圆弧为m,计算公式如下:

其中,i——L3与L2之间的夹角,已知;

设L2的长度为b,已知;R1所对应的圆弧为n,计算公式如下:

其中,k——L2与L1之间的夹角,已知;L1的长度为已知。

因此,拱形弯曲件加工程序代码用参数表示即为(在这里只单纯的写出X、Y的值)[5,6]:

2.3编程系统平台的搭建

在VB Form窗体中放置相关控件,并对各自属性进行编辑,使其符合系统界面要求,并在程序输入界面输入相关程序[1,7],按快捷键【F5】运行程序,即可得到一个系统平台(如图7),输入拱形弯曲件相关参数(如图8)。

点击【生成弯曲件】命令,即可得到拱形弯曲件的三维示意图,如图9。

点击【生成加工程序】即可进入数控加工代码预览界面,如图10。

点击【生成txt文件】即可在指定的文件夹中导出一个含有数控加工NC代码的*.txt文件,用以直接导入数控机床的控制系统,进行弯曲件的数控加工。

3结论

以拱形弯曲件数控加工为范例,通过设定加工坐标轴,运用NC代码计算公式,得到拱形弯曲件各关键参数的NC代码数值参数;利用Visual Basic6.0(VB)面向对象、可视化的编程特点,在VB系统中运用相关控件及编写系统执行相关功能所需程序代码,搭建了一个具有较强目的性、针对性的三维机械零部件绘制平台,以及数控弯线机自动编程平台。运行此系统平台,执行所需命令,通过输入或者修改机械零部件相关参数,即可快速的生成其三维模型示意图,相对于直接运行Solid Works软件本身,具有较快的响应速度,提高产品设计效率;最后,利用所输入的零部件的具体参数,执行相关命令,即可预览进行数控加工时的NC代码,并可对其代码进行修改,检查无误后即可导出加工代码,显著提高机械零部件的设计研发以及数控加工效率。

摘要：简略介绍了数控弯线机的基本构成、加工方法及其CNC控制器;着重讲述工件编程坐标轴的设计,通过数值代码转换计算公式将所需加工弯曲件的关键参数转换为数控加工代码;利用Visual Basic 6.0编程语言,结合Solid Works三维制图软件,搭建一个具有参数化绘制零部件三维模型功能及自动生成数控加工NC代码功能的系统平台,极大地缩短产品设计周期以及提高数控生产加工效率。

关键词：数控弯线机,自动编程,系统平台,NC代码

参考文献

[1]曹岩,方舟.Solid Works开发篇[M].北京:化学工业出版社,2010.

[2]韩刚.旋转机头式数控弯丝机的设计与研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[3]沈一凛.数控弯丝机线材成型软件设计[D].厦门:厦门大学,2009.

[4]HUST亿图数控.http://www.hust-cnc.com/newshow.asp?id=82[EB/OL].

[5]亿图实业股份有限公司.HUST H6C/H9C数控器接线手册[Z].

[6]张春良,何彬,陶建华,等.数控加工技术[M].北京:科学出版社,2010.

数控机床FANUC系统手工编程 第5篇

【关键词】FANUC系统；编程；立式加工中心机床

数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床。它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床相结合的产物。在数控机床上加工零件时，首先进行程序编制，将加工零件的加工顺序，工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数以及辅助操作等加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定的格式编写成加工程序，将程序的信息通过控制介质输入到数控装置，由数控装置控制机床进行自动加工。从零件图纸到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程，称为程序编制。一个加工程序主要是由G代码、F代码、M代码、S代码、T代码及尺寸数字组成，下面将介绍这些代码的具体格式。

1.准备功能G代码

（1）点定位（G00）。

G00IP_；

IP：绝对值指定时，是终点坐标值；增量值指定时，是刀具移动的距离。

（2）直线插补（G01）。

G01IP_F_；

IP：绝对值指定时，是终点坐标值；增量值指定时，是刀具移动的距离. F：进给速度

（3）圆弧插补（G02、G03）。

G02/03X_Y_I_J_（R_）F_

XY：圆弧终点 I：X向起点到圆心的距离 J：Y向起点到圆心的距离 R：圆弧半径 F：进给速度

（4）停刀（G04）。

G04X_；

X：指定时间

（5）机床坐标系（G53）。

（G90）G53IP_；

IP：绝对尺寸字

（6）工件坐标系（G54～G59）。

G54～G59IP_；

（7）绝对值编程（G90）。

G90IP_；

（8）增量值编程（G91）。

G91IP_；

（9）极坐标生效/取消（G16/G15）。

G16X_Y_；

X：极坐标半径。 Y：极坐标角度。

G15； 极坐标取消。

（10）英制/公制转换（G20/G21）。

G20； 英寸输入

G21； 毫米输入

（11）高速排屑钻孔循环（G73）。

G73X_Y_Z_R_Q_F_；

XY：孔位数据Z：孔深R：安全距离Q：每次切削进给的切削深度F：进给速度

（12）钻孔循环（G81）。

G81 X_Y_Z_R_F_；

XY：孔位数据Z：孔深R：安全距离F：进给速度

（13）排屑钻孔循环（G83）。

G83X_Y_Z_R_Q_F_；

XY：孔位数据Z：孔深R：安全距离Q：每次切削进给的切削深度F：进给速度

（14）镗孔循环（G85）。

G85 X_Y_Z_R_F_；

XY：孔位数据Z：孔深R：安全距离F：进给速度

（15）精镗循环（G76）。

G76X_Y_Z_R_Q_F_；

XY：孔位数据Z：孔深R：安全距离Q：孔底偏移量F：进给速度

（16）攻丝循环（G84）。

G84 X_Y_Z_R_P_F_；

XY：孔位数据 Z：孔深 R：安全距离 P：孔底暂停时间 F：进给速度

（17）排屑刚性攻丝循环（G84）。

G84 X_Y_Z_R_P_Q_F_；

XY：孔位数据Z：孔深R：安全距离Q：每次切削的进给深度F：进给速度

（18）取消固定循环（G80）。

G80或01组G代码；

（19）比例缩放生效/取消（G51/G50）。

G51X_Y_Z_P_；

XYZ：比例缩放中心坐标值的绝对值指令 P：缩放比例

G50； 比例缩放取消。

（20）坐标系旋转生效/取消（G68/G69）。

G68X_Y_R_；

XY：旋转中心坐标值 R：旋转角度，逆时针为正

（21）刀具长度补偿正向偏置/负向偏置（G43/G44）。

G43/G44H_；

H：指定刀具长度偏置值的地址

（22）刀具长度补偿取消（G49）。

G49或H0

（23）刀具半径左补偿/右补偿（G41/G42）。

G41/G42D_；

D：指定刀具半径补偿值的代码

（24）刀具半径补偿取消（G40）。

G40；

2.辅助功能M代码

辅助功能是指令机床部件启停操作的功能。辅助功能可以通过操作面板上的按键控制，但为了实现更高的程序化、自动化，可以通过编程自动控制，减少手动操作。

以下列出最为常用的辅助功能M代码：

3.切削进给F代码

3.1每分进给（G94）

在F之后，指定每分钟的刀具进给量。例如F100表示进给速度为100mm/mim。

指令格式：

G94；

F_；

3.2每转进给（G95）

在F之后，指定主轴每转的刀具进给量。例如F1表示进给为1mm/r。

指令格式：

G95；

F_；

4.换刀功能T代码

在自动换刀的数控机床中，该代码用以选择所需的刀具。

指令格式：

M6T_；

5.结束语

尽管数控指令代码是国际通用的，但是各个数控系统制造厂家往往自己定了一些编程规则，因此，在编程时还应遵守具体机床编程手册的规定，充分理解数控编程说明书的基础上，正确掌握并充分利用编程中的各种指令和辅助功能，而且还必须具备机械加工工艺知识，在机床上多多进行编程实际操作，并对所编制的程序进行实际运行，这样理论与实际相结合的练习才是更有效率、接受更快的学习编程方法，这样编制的程序才能为机床的数控系统所接受。

【参考文献】

[1]北京发那科机电有限公司.FANUC Oi-MC操作说明书，2002.

[2]王维.数控加工工艺及编程.北京：机械工业出版社，2001.

数控自动编程系统 第6篇

线切割机床依据电热加工,加工性能与材料的硬度无关,而且加工过程中无切削力,因此易于加工复杂、精密和高硬度的零件,特别是在窄缝、薄壁等容易产生加工变形的零件。目前,线切割加工在模具制造、成型刀具加工、难加工材料和精密复杂零件的加工中占有非常重要的地位。

数控编程技术是随着数控机床的诞生而发展起来的一门技术,当前,采用基于图形的计算机辅助编程技术已经成为趋势,在线切割加工中,采用计算机自动编程能提高编程效率,减少编程出错的可能。

国外的数控机床自动编程系统较为先进,功能相当强大。国外开发且应用较广的有MasterCAM等中大型CAD/CAM软件,但它们不支持我国特有的B代码格式,且操作复杂。国内较为常用的线切割CAM软件有YH型线切割软件、CAXA等,前者只能用于DOS系统中,后者是成熟的商业软件。另外,部分企业和学者采用AutoCAD平台二次开发编程系统[1]。

针对国产线切割机床代码输出的特点以及中小企业的实际需求,本文从底层出发,未借助任何第三方平台或图形库,开发出一套适合我国中小企业,具备较完善功能、操作简单的线切割编程系统。

2 系统架构

系统主要包括 CAD 和 CAM 两大模块。CAD模块具备比较完善的画图、编辑功能。可通过鼠标和键盘命令输入的配合,用户可以准确的进行建模和图形修改。直线与圆弧是两种基本图元。国内的绝大多数线切割数控机床只有直线和圆弧两种插补方式。本系统的直线建模遵循机械设计中常用的两点描述(起点-终点)和点角描述(起点-方向角-长度)两种方式。对于圆弧,系统有圆心-起点-终点方式以及圆心-起点-夹角几种画法。系统还能绘制矩形、圆角矩形、圆、点、文字、正交线、样条曲线等图元。图元的绘制全部可以由鼠标以及键盘输入交互进行。为了和其它主流CAD软件进行文件交互,系统能识别和重构DXF文件格式的文档。系统中图形编辑功能有平移、复制、删除、镜像、旋转、偏置、倒圆角、倒直角、延长和炸开等功能。

系统的 CAM 模块包括轨迹排序、工艺参数输入、轨迹生成、代码自动生成和加工仿真。系统能生成我国所特有的3B格式数控代码和国际通用的G数控代码。为了方便使用,系统具备智能捕捉、操作提示等功能。

系统主要功能模块如图1所示。

3 关键技术

3.1 DXF 读取和重构

DXF 是使用最为广泛且技术也相对成熟的一种图形文件交换方式之一,是Autodesk公司制定的图形交换标准,是众多CAD/CAM软件所共享互换的一种开放的图形交换数据文件,已经成为事实上的行业标准之一。它是在一定的组代码与符号下,包括实体命令和几何数据信息在内的数据文件,包括了对应图形数据库中所有信息。一个完整的DXF文件结构包括六个文件段和一个结束符(EOF)标志。

(1) 头段 (HEADER SECTION): 给出DXF文件有关图形参数的变量设置及当前值;

(2) 类段 (CLASSES SECTION);

(3) 表段 (TABLES SECTION):

(4) 块段 (BLOCKS SECTION): 说明在图形中所用块及其对块内包含的实体描述,如块名、所在层等;

(5) 实体段 (ENTITIES SECTION): 包含图中所有实体的说明;

(6) 对象段 (OBJECTS SECTION)。

大多数的CAD/CAM软件所使用的DXF文件仅包括了以上的实体段和结束符(EOF)标志。由于利用DXF文件实体段信息,需要对其进行详细分析。实体段作用是记录了每个几何元素的名称、所在图层名、线型名、颜色号、基面高度、厚度以及有关的几何数据[2]。

在 DXF 文件中,将图形分解为单个基本图形元素,如线、圆、圆弧、点等。读取DXF文件的实体信息过程的流程序图如图2所示。在DXF文件的读取过程中,同时重构绘制该文件的图形,并显示在系统视图。

3.2 轨迹排序

线切割加工轨迹是一条连续的曲线,由首尾相接的一系列单元轮廓构成。轮廓排序的基本思想是:以用户选择的加工起始点为起点,以用户选择的加工方向为排序方向,将杂乱无章的轮廓按首尾相接的要求顺序排列,组成连续的有向曲线。排好序的单元轮廓将按顺序存入轨迹链表,以备后用。

轨迹排序方法如图3所示。

第一步: 拾取图元3,并把图元3添加在链表m_FigEmpty尾,加工起始点为P点,Q暂定为图元3的另一个端点;

第二步: 遍历链表找出与P点相同的另一图元,由图形可看出,没有找到与P点相同的另一图元;

第三部:反复执行第二步,把找到的图元添加到链表的尾,排序结束后所得的链表图元的存放顺序为3-5-2-4-1。

对加工轮廓进行排序处理后,生成的是无偏移的初始轨迹。要生成加工中电极丝的真正行走轨迹,需要对初始轨迹按工艺要求进行等距偏移,偏移距离由电极丝半径、放电间隙和设计要求确定。传统的线切割加工轨迹的计算方法与一般数控加工中的二维刀具补偿算法基本一致,包括B机能刀补和C机能刀补,B机能刀补仅对单段轮廓进行处理而不考虑相邻轮廓的影响,极易出现轨迹交叉和跳断,己经不适应自动编程的需要。目前在线切割以及其它二维数控编程系统中用得最普遍的是C机能刀补,本系统采用了C机能刀补进行软件层次的刀具补偿。

3.3 代码生成与仿真

对排序后链表中的数据进行处理,得到数控加代码。3B数控代码的生成相对复杂,尤其是求圆弧计数长度的大小较为繁琐,根据起始端点所在的象限不同,所采用计算方法有区别进行计算。非直线和圆弧的复杂图元均可先离散成直线段或圆弧,然后以同样的方式将图元数据进行处理。在代码生成阶段,在对所图元数据所保存的链表数据结构进行处理时,通过读取标记符来判断图元类型并依据格式和图元数据自动生成数控代码。

系统自动生成的数控加工代码,可在实际生产之前进行动态加工仿真以验证其正确性。动态仿真根据数控线切割机床的插补原理,通过相应的插补方式,动态地反映线切割机床的电极丝的实际加工时的运动轨迹。目前普遍应用的插补算法可归纳为两类,即脉冲增量插补算法和数字增量插补算法。

4 运行实例

直接打开可执行文件即可运行系统。系统界面的使用简单方便,菜单、工具条和命令行可方便进行图形的绘制和编辑操作。图4为使用该系统打开AutoCAD所绘制的图形。

零件图形绘制和编辑后,输入相关的工艺参数,如钼丝半径、放电间隙、加工预留量等,以生成正确的加工数据。输入框如图5所示。系统可产生两种类型的数控代码:3B指令和G指令的数控代码。生成3B代码的格式如图6所示。

5 结论

国外软件系统功能强大,但价格高昂,购买这些软件对于国内的中小企业是沉重的负担。数控线切割CAD/CAM技术虽然已比较成熟,但开发CAD/CAM系统相关底层技术从未公开。本文根据中小企业的实际需求情况,从底层入手,开发了一套较完善的线切割自动编程系统。系统实现了CAD基本功能,包括准确的图形绘制、图形编辑及CAD图形的调用等功能;实现了CAM模块的功能,包括图元排序、轨迹的精确确定、数控代码的生成功能以及代码加工仿真功能。经过测试和改进,该系统在柳州电器设备厂等企业稳定运行。实践证明,该系统能满足国内中小企业的需求。

摘要：针对当前线切割自动编程系统存在的问题,开发了图形交互式数控线切割自动编程系统。阐述了系统的架构,并给出系统关键技术如DXF文件读取、轨迹排序、代码生成和加工仿真等的解决方案,并给出了多个系统运行实例。实践证明,该系统操作简单方便,符合中小企业的实际需求。

关键词：线切割,自动编程,DXF读取,轨迹排序,代码生成

参考文献

[1]章勇,谷安,项甫根.基于DXF文件的低速走丝线切割加工自动编程系统的开发[J].电加工与模具,2007(5):9-11.

数控自动编程系统 第7篇

目前,国外数控切割自动编程系统较多,而且功能较齐全,以FastCAM最为优秀,当前具有很大的市场需求。国内有开发切割系统自动编程系统的,其中主要面向火焰切割和线切割。由于CAD/CAM软件本身技术含量高,公司自身开发能力与水平的限制,软件层次低,仅能满足最基本加工需求,软件在界面友好性、交互性及图形输入完善性等方面,都不同程度的存在缺憾,严重地制约了这些先进数控激光加工设备的使用效率。

AutoCAD系统是美国开发的计算机辅助设计的通用CAD软件,在国内拥有众多的用户,同时,提供了强大的二次开发功能。VisualLISP(简称VLISP)是为加速AutoCAD系统中AutoLISP程序开发而设计的软件工具,它提供了一个完整的集成开发环境(IDE),可以显著地提高自定义AutoCAD的效率。故可选择通过AutoCAD平台二次开发实现图形交互式自动编程系统,具体实现是通过AutoCAD提供的二次开发环境Visual LISP语言来完成。

2 系统功能模块的优化设计

根据激光切割的需求,参照国内外数控切割软件与研究成果,并根据实际操作人员的意见,对图形输入、手工选择加工路径、自动生成加工路径、路径调整、自动产生CNC加工指令、模拟仿真、报价、排样下料等方面做了优化尝试,以实现友好界面、操作简单、易学易懂,对操作人员的要求不高、方便的图形输入以及生动的模拟仿真功能。

系统的功能优化分配如图1所示,包括了自动编程模块和图形输入模块等两个大的模块。图2表示的是本系统在AUTOCAD环境下的交互式界面,它对应着上文分析的几个功能,图标与处理程序关联,使整个系统具有很好的可视化效果,利于用户的使用。以下将逐个地介绍本系统的各个功能:

功能1:建立交互式的待加工零件的创建环境,可以调用已绘好的图,无需按照特定的图层绘制,也无需连成多义线,只需是封闭轮廓,无多余的线条;功能2:生成优化的激光切割路径,自动生成较为理想的加工路径,既是加工路径较短,又可使加工过程避免不必要的操作,可以实现调整得到较好的路径,同时支持用户自定义路径功能;功能3:生成零件加工的数控程序,视情况可以调整功率、及加工单价(yuan/mm)和速度,并可反应到CNC数控指令;功能4:显示程序清单,并允许用户编辑、修改,以备它用;功能5:模拟激光切割的过程,并显示加工路径;功能6:显示切割长度和单价及总费用;功能7:查看接点坐标,允许用户做进一步校对,以避免隐藏错误;功能8:加工成品展示,允许用户在两种状态(工件状态、切割状态)下切换。

3 系统开发环境选择和优化实现

AutoCAD虽然提供了丰富的绘图功能,但是它的目标是形成图形,它面向数控加工自动编程需求还存在以下不足:1)AutoCAD的图形功能是通用绘图系统功能,并非完全针对工程图而开发。因此,缺乏对工程图相关拓补关系及特征的定义,而不能形成一些高效的命令。如内(外)切圆画法,齿轮轮廓的画法等等。这一点从最优秀数控切割软件FastCAM提供的绘制点、直线、弧线的工具与二维CAD系统不一样就可理解二者不同。2)AutoCAD系统目标是形成图形,而数控加工自动编程系统关心的焦点是图形对应的数据信息。而这个信息应当是按照数控系统插补功能所需的图形数据信息,对平板二维切割而言最好是能形成符合加工精度的G01、G02(G03)指令图形数据。即:直线与圆弧。国内公司开发的自动编程系统绝大多数仍不能读取与处理AutoCAD Spline样条曲线与NURBS曲线。

交互式图形输入功能在AutoCAD基础上的改进与增强,与其说是算法不断的深化,不如说是开发人员不断捕捉工程设计人员的意图,使CAD绘图更易人化,符合工程思维习惯,我们参照APT语言自动编程系统思想,专门针对图形交互式自动编程系统,结合FastCAM的图形输入功能进行综合优化设计,充分体现图形元素间相互拓补关系、特征以及与工程人员设计图相一致的思想。经过二次开发后,增强的CAD具体绘图部分功能(特殊曲线)如表1所示。

总之,增强的CAD绘图功能强调按工程拓补关系或特征设置高效命令来绘图,如:画一条与已知圆相切的直线,画内、外切圆画法等等,这些都按工程制图画法形成一个命令,十分直观、方便、高效。

4 特殊曲线绘制机理的优化实现

系统开发环境选择和优化实现后,我们就必须对关键绘图的算法优化加以讨论了,特别是其中的特殊曲线绘制机理的优化实现,更是其中的关键。

4.1 椭圆的绘制机理

AutoCAD提供椭圆画法是一个NURRS曲线图形,把它转化为数控编程所需直线,圆弧十分困难,本文按椭圆最佳八股圆弧拟合方法,将椭圆用8级圆弧代替,满足数控加工需求。以拟合误差求取椭圆长轴顶点处圆弧半径R1(R1大于长半轴顶点处的曲率半径b2/a)和短半轴顶点处的圆弧R2(R2小于短半轴顶点处的曲率半径a2/b),使R1和R2间的过渡圆弧R与R2切于R2与椭圆的交点处,与R1相切于R1与椭圆的交点之内的方法。经过实际使用发现,椭圆的八段圆弧法确实使加工拟合精度大大提高。(详见张武.椭圆最佳八段圆弧拟合)

4.2 齿轮的绘制机理

齿轮绘制的关键是生成符合精度要求的渐开线的轮齿。由于AutoCAD没有直接用于绘制渐开线的命令,所以必须开发相应的程序,生成用于参数化设计的渐开线齿廓。

方法思想如下

基于渐开线方程,利用数值计算方法得出若干个特征点坐标:

渐开线的直角坐标参数方程为

式中X,Y:渐开线上任一点的直角坐标值;Rb:渐开线基圆半径;φ:渐开线发生线在基圆上的滚动角度;Ra:渐开线齿顶圆直径。

齿轮段渐开线参数方程中的滚动角的取值范围为0≤φ≤φmax。根据渐开线参数方程,根据加工精度要求,设定进给步长。经过计算求得渐开线上一系列点的坐标值。

用PLINE绘制复折线,再用pedit编辑选fit选项进行双圆弧拟合。即可生成出精确的渐开线齿廓曲线。

在基圆上镜像出轮齿另一侧的齿廓曲线。

根据齿数z圆周阵列出全部齿廓曲线。

由渐开线生成轮齿,要镜像生成对称的另一侧齿廓曲线,必须确定镜像轴线OP的位置。设OP与X轴的夹角为,AC点的弧长为齿轮基圆的齿厚,则基圆的齿厚:

式中P:齿距;z:齿数;α:压力角。

把上述思想形成Vlisp程序gear.lsp即形成一个齿轮绘制的命令(输入模数、齿数、圆心坐标)。

4.3 列表曲线

列表曲线绘制机理:(1)提供从数据文件读列表数据的功能或直线从对话框输入。(2)读入列表数据,用PLINE绘制复折线,再用pedit编辑选fit选项进行双圆弧拟合。(3)把上述思想形成Vlisp程序LB.lsp即形成一个列表曲线绘制的命令。

4.4 非圆曲线(抛物线、螺旋线、摆线等等)

非圆曲线绘制机理:

输入曲线起始点、终点、坐标;根据加工精度要求,设定进给步长;根据所定步长,将曲线方程离散化,得到离散的型值点;将型值点用PLINE命令绘制复线;用pedit命令编辑,选fit选项得到双圆弧拟合复线,用explode炸开即得到圆弧段。把上述思想形成Vlisp程序形成一个非圆曲线绘制的命令。

4.5 双圆弧拟合算法

上面的齿轮的绘制机理、列表曲线、非圆曲线等都用到双圆弧拟合算法。双圆弧拟合算法能很好的满足将复直线(实质是复直线上的端点——型值点)拟合成数控加工所需求的圆弧。双圆弧拟合算法能有效的保证与原有曲线的拟合精度。下面介绍双圆弧拟合曲线实现技术原理:

双圆弧样条曲线除能完成列表曲线设计外,还为后续的CAM处理提供了极大的方便。因为现有数控系统一般都提供直线、圆弧插补器,这样从CAD信息直接提取圆弧信息即可用于数控编程处理,另外,从这种算法本身看,用于数控加工有两个最显著的特点:其一是此法是一次逼近,拟合误差易于控制;另一方面是此法不会产生像三次样条双圆弧逼近时,有时会产生两个半径相差悬殊的情况,对数控编程及加工有利,因此特别适合CAD/CAM系统建模。

5 优化后的实际加工示例:

激光切割数控自动编程系统中交互式图形输入功能优化实现是激光切割数控自动编程系统设计优化的一部分,经过优化后实际加工效果明显提高,因此此次优化设计目的已经达到,但因优化单一模块,效果有限。具体示例如下虎头钩:使用系统优化后提供的图形输入模块,绘制如下所示零件虎头钩:(尺寸及过程略)。得到的处理结果和成品展示如图5所示,其中右图是程序优化结果,生成数控程序后的处理2点处的圆弧被剪为两段,该圆弧用红色显示。左图为成品展示结果。

参考文献

[1]Steven D.Jackson and Ravi O.Mittal.Automatic generation of2-axis laser-cutter NC machine-pro-gram and path planning from CAD computer in in-dustry21(1993)223-231

[2]刘会霞,王霄,蔡兰.钣金件数控激光切割割嘴路径的优化.计算机辅助设计与图形学学报第16卷第5期.660～665

[3]梁雪春,崔洪斌等.AutoLISP实用教程.人民邮电出版社.1998.9

[4]张武.椭圆最佳八段圆弧拟合.电加工.1992年第3期.24～26

[5]苏步青,刘鼎元.计算几何[M].上海:上海科学技术出版社,1981.

数控自动编程介绍 第8篇

关键词：数控技术,CAXA数控车,二维造型,仿真加工

1 自动编程的特点

使用计算机 (或编程机) 进行数控机床程序编制工作, 即由计算机 (或编程机) 自动地进行数值计算, 编写零件加工程序单, 自动地打印输出加工程序单, 并将程序记录到控制介质上。数控机床的程序编制工作的大部分或全部由计算机 (或编程机) 完成的过程, 即为自动程序编制。

自动编程是通过数控自动程序编制系统实现的。自动编程系统由硬件及软件两部分。硬件主要有计算机、绘图机、打印机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。

与手工编程相比, 自动编程具有如下特点。

(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, 特别是异形轮廓零件, 以及几何要素虽不复杂, 但数控机床程序量很大的零件, 计算则相当繁琐, 采用手工程序编制是难以完成的。

(2) 能快速、自动生成数控程序。自动编程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程序, 且该数控机床程序不会出现语法错误。当然自动生成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。自动生成适用于不同数控机床的数控程序, 它灵活多变, 可以适应不同的数控机床。

(4) 程序自检、纠错能力强。自动编程能够借助于计算机在屏幕上对数控程序进行动态模拟, 连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓, 发现问题并及时修改, 快速又方便。

(5) 便于实现与数控机床系统的通信。自动编程可以把自动生成的数控机床程序经通信接口直接输入数控系统, 控制数控机床加工。可以做到边输入, 边加工, 不必忧虑数控系统内存不够大, 免除了将数控程序分段。

2 自动编程的基本步骤

2.1 分析零件图样, 确定加工工艺

在图形交互自动编程中, 同一个轮廓, 往往可以有几种不同的生成方法导致加工方法不同。所以本步骤主要是确定合适的加工方法。

2.2 几何造型

把被加工零件的加工要求用几何图形描述出来, 作为原始信息输入给计数机, 作为图形自动编程的依据, 即原始条件。

2.3 对几何图形进行定义

面对一个几何图形, 编程系统并不是立即明白如何处理。需要程序源对几何图形进行定义, 定义的过程就是告诉编程系统处理该几何图形的方法。不同的定义方法导致不同的处理方法, 最终采用不同的加工方法。

2.4 输入必须的工艺参数

把确定的工艺参数, 通过“对话”的方式告诉编程系统, 以便编程系统在确定刀具轨迹时使用。

2.5 自动生成数控程序

自动生成数控程序是由自动编程系统的后置处理程序模块来完成的。不同的数控系统, 数控程序指令程序不完全相同, 只需修改, 设定以个后置程序, 就能生成与数控系统一至的数控程序来。

2.6 输出程序

因为数控自动编程系统在计算机上运行, 所以具备计数机所具有的一切输出手段。值得一提的是利用计算机和数控系统都有通讯接口, 只要自动编程系统具有通讯模块即可完成计数机与数控系统直接通讯, 把数控系统程序直接输送给数控系统, 控制数控系统进行加工。

3 数控系统编程介绍 (CAXA数控车)

数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展, 而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展, 二者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展, 而编程方式也越来越丰富。

数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程, 机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异, 可以以“手工”的形式分行输入控制代码 (手工编程) 、交互方式输入控制代码 (会话编程) 、图形方式输入控制代码 (图形编程) , 甚至可以语音方式输入控制代码 (语音编程) 或通过高级语言方式输入控制代码 (高级语言编程) 。但机内编程一般来说只适用于简单形体, 而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程, 相对机内编程来说效率较高, 是普遍采用的方式。

随着微电子技术和CAD技术的发展, 自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比, CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型, 几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便, 可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样, 毋庸置疑, 目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。

1) CAD/CAM系统

20世纪90年代以前, 市场上销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作, 尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当, 并在操作性、本地化服务方面具有优势, 一个好的数控编程系统, 已经不是一种仅仅是绘图, 做轨迹, 出加工代码, 它还是一种先进的加工工艺的综合, 先进加工经验的记录, 继承, 和发展。

2) 利用CAXA数控车自动编程的基本步骤

CAXA系统的编程基本步骤如下:

理解图纸

建立加工图形或通过数据接口读入

确定加工工艺 (装卡、刀具等)

生成刀具轨迹

后期处理生成NC代码

输出加工代码

3) 零件加工程序的评价

一个零件的加工程序决不是唯一的, 诸多程序 (方案) 中, 肯定有最优的。可否从以下方面评价:

(1) 保证程序是正确的, 零件加工质量稳定。

(2) 程序方便调试和修改, 程序的可读性好。

(3) 程序的稳定性好。

(4) 充分发挥系统功能, 使程序最短。

(5) 程序的通用性好。若有系列零件, 则只需编一种, 其余只要修改关键尺寸, 程序即可使用。

(6) 编程成本低。为编出某一程序, 所花的人工费用和机器费用要低。当然人工成本与编程员的熟练程度有关, 不便量化。但是只需一个计算器和一台计算机辅助编程系统, 其成本是可比的, 具体的零件, 要根据实际情况决定。在实际编程中要有优化意识, 尤其用CAXA编制的零件加工程序, 由于CAXA的后置处理功能比较弱, 更应该进行优化。

4) CAXA编制的零件加工程序的优化

由于CAXA具有很强的图形数学处理功能, 免去了手工编程中繁琐的数学计算。由于数控系统及机床各异, CAXA的后置处理, 尽管有专用后置或万能后置, 但与机床数控系统功能相比, 仍有相当差距。在实际使用中, 若能既充分发挥CAXA的优点, 又能避免其不足, 还能充分发挥数控系统的功能和操作者的实践经验, 就需要对CAXA编制的零件加工程序进行优化, 使之编出一个高水准的零件加工程序。

5) 加工代码输出 (通讯)

生成数控指令之后, 可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA数控车可以提供我们自己开发的通信软件, 完成通过计算机的串口或并口与机床连接, 将数控加工代码传输到数控机床, 控制机床各坐标的伺服系统, 驱动机床。

RS-232-C接口在数控机床上有9针或25针串口, 其特点是简单, 用一根RS232C电缆和电脑进行连接, 实现在计算机和数控机床之间进行系统参数、PMC参数、螺距补偿参数、加工程序、刀补等数据传输, 完成数据备份和数据恢复, 以及DNC加工和诊断维修。

端口参数和设置

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位、奇偶校验和流控制。对于两个进行通行的端口, 这些参数必须相同:

(1) 波特率:这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时, 我们就是指波特率, 例如如果协议需要4800波特率, 那么时钟是4800Hz。

(2) 数据位:这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包, 实际的数据不会是8位的, 标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信 (下转第74页) (上接第103页) 息。比如, 标准的ASCII码是0~127 (7位) 。扩展的ASCII码是0~255 (8位) 。如果数据使用简单的文本 (标准ASCII码) , 那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节, 包括开始/停止位, 数据位和奇偶校验位。

(3) 停止位:用于表示单个包的最后一位。典型的值为1, 1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的, 并且每一个设备有其自己的时钟, 很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束, 并且提供计算机校正时钟同步的机会。

(4) 流控制:在进行数据通讯的设备之间, 以某种协议方式来告诉对方何时开始传送数据, 或根据对方的信号来进入数据接收状态以控制数据流的启停, 它们的联络过程就叫“握手”或“流控制”, RS232可以用硬件握手或软件握手方式来进行通讯。

软件握手 (Xon/Xoff) :通常用在实际数据是控制字符的情况下。只需三条接口线, 即“TXD发送数据”、“RXD接收数据”和“SG信号地”, 因为控制字符在传输线上和普通字符没有区别, 这些字符在通信中由接收方发送, 使发送方暂停。这种只需三线 (地, 发送, 接收) 的通讯协议方式应用较为广泛。所以常采用DB-9的9芯插头座, 传输线采用屏蔽双绞线。

6) 通讯端口的设置:设备双方数据必须设置相同, 否则不能正常通讯。

计算机端参数设置, 采用CAXA数控车自带的通讯软件, 进行传输。

数控机床端参数设置:

4 结语

自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口, 实现编程系统和数控系统的通讯。编程系统可以把自动生成的数控程序经通讯接口直接输入数控系统, 控制数控机床加工, 无需再制备穿孔纸带等控制介质, 而且可以做到边输入, 边加工, 不必忧虑数控系统内存不够大, 免除了将数控程序分段。

参考文献

[1]陈子银.数控机床原理与应用.北京理工大学出版社, 2006, 8.

[2]季明善.机械设计基础.北京高等教育出版社, 2005, 1.

创建《数控自动编程》优质核心课程 第9篇

关键词：构建,数控自动编程,课程改革

随着我国现代化建设的发展,各行各业对高技能人才要求不断提高,全面提高教学质量是职业院校自身发展的客观要求,也是实施科教兴国战略的必然要求。而提高教学质量的关键核心又是课程建设与改革,本文以张家界航空工业职业技术学院数控技术专业的《数控自动编程》课程改革为背景,探讨一下专业核心课程的建设。

1 课程建设的理念与思路

课程建设与改革应遵循职业发展规律,从宏观(课程定位)、中观(课程体系)、微观(教学内容)三方面进行系统化设计;贯彻教高[2006]16号文件的指导方针,规范教学资源(校企合作、实训基地、专兼结合的“双师”团队、教材等),保障教学效果,实现对学生的知识———能力———素质的系统化培养。

2 教学设计

2.1 重构适应企业职业岗位能力的课程内容

通过企业调研,根据职业岗位和职业能力培养的要求,结合UG软件特点,构建满足“能力进阶”培养目标的教学模块,形成模块化课程结构,将理论教学和实践教学整合在一起,通过教学资源的优化组合,将所需要的知识点和技能点都融入案例,从简单到复杂,从设计到加工,难度逐渐增加,使学生具备UG软件的基本知识、基本技能和基本素养。

2.2 课程内容模块化,化解难点,循序渐进

但由于UG功能强、命令多、概念抽象难懂,学生学习费力,因此我们将整个课程内容分成6个模块,将课程难点分解到各个不同的模块中,克服了学生的畏难情绪。各模块间既相互独立,又相互关联,每个模块间的知识层层递进,相互关联,这样可以让学生循序渐进地掌握UG软件的精髓。

2.3 微观教学体现“教师为主导,学生为主体,训练为主线”的原则,课堂上可以采用“四阶段教学法”,将“教、学、练、做”融为一体

教师先做必要的讲解和演示后,以学生为主,按照实训任务的要求完成练习,再把后置出的程序导入数控加工仿真软件仿真加工,最分组到数控实训中心完成实物加工。

2.4 课外实践、工学结合

根据该课程工程性强的特点,让学生走出教室,积极参与社会实践。在强调课堂教学、课后自学的同时,积极鼓励和推动课外实践活动,如学院举办UG产品设计比赛、湖南省数控技能大赛、全国数控技能大赛、全国模具技能大赛等,激发学生的学习兴趣,培养学生的实践创新能力。同时为了进一步加深学生对课堂讲授的基本理论与技术的掌握和理解,鼓励学生积极参加我院的勤工俭学———帮企业代加工产品,通过这种实践活动,让学生了解如何在实际中应用所学知识。

2.5 为了加快课程的建设与改革,促进教学方式的变革,编写配套的教材

虽然现在UG自动编程的教材很多,但都不大适合我院本课程的教学目标,所以2014年本人编写了一本集课堂教学、课后练习、实训操作和自学参考为一体的校本教材,教学载体选用航空制造类企业中难度适的产品。

2.6 项目合作实习,加强素质教育,强化职业道德

高等职业院校主要面对的是20左右的年轻人,但因为他们个性强、自制能力差、不服管束,成为用人单位颇为头痛的问题,所以高职院校应把职业道德教育融入到日常教学的过程中。该课程设了6个教学情境,按照合作学习的形式,4人一组,自由组合,根据学生特长,布置任务。教师引导组员之间相互学习、相互帮助,然后再以组为单位,到数控实训中心加工出实物出来,作为课程考核一个重要的依据。项目合作实习不仅可以让学生把课堂所学的知识消化吸收,加深理解,而且还培养了学生的团队协作、敬业精神和责任意识、沟通能力。

3 教学方法

3.1 依托项目任务驱动式教学法

本课程坚持理论与实践相结合的原则,结合高职学生的特点注重基本能力和基本技能的训练,所有项目任务的编排均有实际应用背景,有很强的针对性和实用型,使学生“学得快、记得牢、用得上”。

3.2“案例教学方法”与传统的“演示教学方法”相结合

以航天制造类企业实际生产的一些具体的、具有实际应用价值的产品为设计任务来开展教学活动。每次上课老师先操作演示一遍,然后再让学生完成相似零件的三维建模设计与加工。

3.3 边讲边练,精讲多练

本课程较少部分的理论教学内容是由教师集中讲授,其它绝大部分的教学内容均采用边讲边练、讲练结合的方法进行的。该课程设6个学习情境,19个子情境,每个学习情境和学习子情境都包括知识和能力目标、实例讲解、情景设置、任务要求等,从而有效地提高了学生的实践动手能力。

3.4 在课程教学中采用现代教学法

长期的教学实践发现,任何一种教学模式都有其优势。因此,在《数控自动编程》课程教学中,可以尝试应用一些现代教学方法,如任务驱动教学法、四步教学法、课堂翻转、知识碎片化等教学法,多种教学方法交叉使用,做到“活引活用”。

3.5 竞赛PK法,刺激学习积极性

进入高职院校的学生,大多数比较活泼好动,坐不住,不喜欢传统的“填鸭式”教学,我们可以充分利用他们思维活跃、动手能力强、争强好胜等特点,开展竞赛PK法,刺激他们的学习斗志。

3.6 自主学习

为了进一步方便学生的学习,我们在世界大学城网上专门设置了有关《数控自动编程》课程的自主学习栏目,包括在线视频、课件演示/下载、参考资料、在线论坛等资源。通过网络教学,极大地激发了学生自主学习的热情,同时也提高了学生分析问题、解决问题的能力。

4 课程特点

本课程改变了以往单纯学习软件命令的授课方式,以机械产品设计、模具设计、数控加工以及其他相关行业的标准为依据,以岗位能力需求为目标,以基于工作过程的课程开发为导向,以项目任务的为驱动,并在以校企合作为平台,以校内外实践条件建设为保障,建立起专业人才培养模式的基础上开发的适合数控编程、产品设计、数控加工等专业需求的新课程。

课程创新点:

1)突出软件技术的服务领域性,即学即用;

2)项目实践,任务驱动的教学模式,构建岗位化能力培养;

3)课程衔接车间,构建校企一体、工学结合学习氛围;

4)课程学习过程工作化,以学生为主体,构建教、学、练、做合一的学习情境;

5)充分利用课件、仿真软件、网络等资源支持学习,构建立体化学习资源。

参考文献

[1]宋巧莲.高职CAD/CAM课程教学改革探索与实践[J].职业教育研究,2008(11):99-100.

数控自动编程系统 第10篇

【摘要】本系统主要研究C语言编程题目中“编译运行结果对比”、“编译错误原因恢复与评阅”、“得分点分割正则动态测试”三种手段，将研究内容运用到自动阅卷系统中，实现对编程题目的自动评分，并实现基于J2EE技术的具有在线考试、自动评分等功能的C语言编程题目自动阅卷考试系统，提高阅卷的准确度的同时能够节省大量的人力物力财力。

【关键词】C语言；编程题；自动评分

随着计算机技术的发展以及互联网的普及，办公自动化已无处不在。作为一门基础课程，C语言考试应用系统也给批阅试卷的工作人员带来了很大的工作量，自上世纪六十年代起，国内外就陆续出现了许多关于语言类课程考试的软件系统，虽然很多已具有基本的随机答卷、上机考试及自动评阅等功能，但只针对客观题，因自然语言的刻画、人工智能、模式识别等核心技术发展缓慢，制约了编程题目阅卷系统研究发展。所以，本系统针对C语言编程题目进行整体规划，致力于做出更精确的C语言编程题自动阅卷的方法，填补自动阅卷软件开发空白，减少人工操作的资源浪费。

1.系统运行环境

智能C语言考试系统、自动评分系统的运行环境是根据我校现有的教学机房的硬件环境（每个机房有70台学生机和一台教师机）规划的，教师端和学生端都采用window 7操作系统，每个机房都采用校园公共网络提供的局域网，运用Myeclipse开发环境、MySQL数据库建立一套具有在线考试、自动评分等功能的C语言编程题目自动阅卷系统，并辅以AJAX技术，确定了用FreeMarker表现层技术增强用户与系统间的交互，加快系统运行效率，同时，尽可能细化评分点，增加准确性。

2.系统运行模式的选择

系统采用B/S三层架构模式，系统的用户可通过Internet网络，客户端不需要手动安装软件，只要有浏览器就可以对系统进行访问和一般操作，本次对阅卷系统主要分析了的C语言编程题目评分功能，充分考虑到系统对灵活性和准确性的要求，并保证安全性的前提下，本系统采用B/S结构以达到轻客户端需求。

3.系统研究内容

通过研究C语言程序结构，从编译原理角度设计评价模型，通过内部运行编译器对比动态运行结果，并且本课题创造性提出利用关键字对比、控制结构判断和正则表达式匹配三种静态测试技术作为结果比对方案的补充，既保证了程序判断的正确性，又确保了相对公正性。

编译结果对比要实现程序内部对C语言编译器的动态调用技术，通过比对测试结果和标准答案进行评分，对于不能编译部分，研究关键字库建立、控制结构规范化和正则表达式建立的具体方案。

其中重点研究C语言编程题目评分标准的两个方面：一是如何检验运行结果的正确性，二是如何评价程序代码包含的分点。

为突出本系统对主观题的评分机制，在试题主观题程序可运行以及不可运行的情况下分别给出了相应的评分策略，以此来一步步细化评分机制。

4.评分核心模块设计

详细设计自动阅卷系统中的关键技术——程序题评分。系统首先采用动态测试技术，编译运行待评价程序，和标准答案进行对比给出分数；需要数值型输入参数的程序，通过均匀分布随机数给出随机输入；需要字符型输入参数的程序，首先在数据库中保存预选文字段，然后随机选取其中的一部分给出随机输入。对于编译运行报错的程序代码，课题会采取错误恢复技术，通过编译信息给出的错误位置尝试以标准答案修复代码，从而给出扣分点。最后对于不能编译运行的代码片段，系统提出关键字对比、控制结构标准化和提取、正则表达式规则匹配相结合的静态测试方法，加入权重处理，分析得分点给出更全面客观的评分结果。

通过对软件模式的对比和分层架构模型的研究，系统拟采用B/S结构，方便用户在线答题和管理操作；在具体实现技术方面，拟采用J2EE技术和SSH开源框架——利用Java语言提供的公开接口开发调用C语言编译器模块和正则表达式匹配模块，利用MySQL数据库完成题库和答案库的建立和开发工作，利用Ajax技术提高系统的整体响应速率，利用FreeMarker表现层技术增强用户与系统之间的交互。

建立计算机矫正机制和完善的评价方案，并对试题多次进行人工阅卷与机器阅卷的对比测试。

5.数据库设计

因需要评测本系统自动阅卷功能和人工阅卷的准确度，给出测评结果，并对仍存在的问题和不足提出进一步改进方案；特别是对系统不能正常评分的特殊题目，建立特例题库，以便在今后的工作进行研究并从中提出新的解决方案。

考生提交试卷首先由c语言编译器自动编译后生成可执行文件并运行输出结果，进行评阅步骤校验结果时，通过试题编号（id）调用试题表数据，对比答案进行准确性校对，调用纠错参考库数据，比对出错原因并根据错因扣除相应分数，通过模糊匹配替代出错关键字，迭代匹配错因至无错，若迭代五次还未改正视为崩溃性错误，不可弥补，判定本段分数为零崩溃性错误，不可弥补，判定本段分数为零，通过题目编号获取相应评分关键点库，通过正则表达式匹配得分点，通过得分点数量给出相应分数，完成试卷评阅。

当程序不能正常编译运行时，系统判定进入系统纠错，系统自动运行修复性算法，代码中个别关键字错误，为此我们把c语言中所有的关键字整理出来，建立关键字库，对错误的关键字进行模糊匹配，通过字符的顺序、相同字符的数量、键盘键位的keycode尽可能的匹配出相似度最高的的关键字替换错误的关键字。

纠错主要是语句拼写错误，我们分了下面三种情况：

1）测试用例由测试输入数据和与之对应的预期输出结果组成，人们常用白盒法和黑盒法设计测试用例，其中白盒法主要是为了检查是否有数据结构或外部数据库访问错误等，对比通过单元测试的模块或组件、编程规范、集成测试来检查测试的准确性。

通过正误判断匹配正误判断表进行结果判定，判定结果是否符合题目，若是则给分，否则进行结果范围判断及结果属性判断，比对结果是否适用本题范围，并进行分数评估。

2）本表主要有三个主要信息id、name、keyword。分别用来存储错误的id、错误的名称、题目中的关键字。Id的数据类型为int（整型），name的数据类型为varchar（字符型），keyword的数据类型为varchar（字符型），id需要主键非空自增，name与keyword非空。通过建立本数据库表可以实现对错误信息的收集归类，同时可以实现判断系统中出现的错误的功能。

定位捕捉错误点，抛出错误原因并与数据库进行比对，并根据错因给予相应分数，运用模糊匹配寻找替代关键词，进行替代继续检查错误，若连续替代五次后仍然不能进行下一步骤视为程序崩溃行错误，不可弥补，判定本段分数为零。

3）正则表达式，又称正规表示法、常规表示法（英语：RegularExpression，在代码中常简写为regex、regexp或RE），正则表达式使用单个字符串来描述、匹配一系列符合某个句法规则的字符串，在本字段里，正则表达式通常被用来检索、替换那些符合模式的程序段，进行分步得分。

本数据库包含关键字类库，通过正则表达式匹配关键词多寡，大概率的确定了答题者的思路范围及答题思路的正确与否，给以步骤分，极大的提高了批卷的人性化，拉近了机器阅卷与人工阅卷的阅卷水平，更有说明行的体现了机器阅卷更好的使用性。

C语言考试系统已普遍在各高校使用，对于客观题方面，有了相对完善公平的系统，但是在自动评分方面，还有很多不足之处，有待改善，本系统就是针对这一空白区域，设计公平而相对更准确的算法，主要对C语言考试系统中的编程题部分进行得分点分割，对考生的程序一步步细致分析，做到该得分的地方给考生相应的分数，这样避免了某一点小错误导致的大幅度扣分的不公平性，同时，将系统应用到学生的日常学习中后，能够更好地检验教师的教学成果，查找教学过程中需要注意的地方，对于学生，也能够更好地发现自己的错误，及时改正，这样，在学习的过程中，在保证公平的前提下，培养学生注意细节的习惯，最重要的是，应用到高校的二级C语言考试后，能够更好的给考生更公平更合理的考试成绩，同时也使得阅卷更加节约、方便、快捷，这也顺应了如今社会计算机行业的飞速发展，提高办公自动化的程度及效率。

参考文献

[1]K.A.Redish，W.F.Smyth.Pragram style analysis：a natural by-product of prograrn compilation[J].Cornnnunications of the ACM，1986.（3）：126-133.

[2]Yasuhiro Ajiro，KazunoriUeda.Kima：An Automated Error Correction System for Concurrent Logic Progrrams.Automated Software Engineering 2002.9（2）：67-94.

[3]王甜甜，基于语义相似度的编程题自动评分方法的研究，哈尔滨工业大学硕士论文，2001；1-52.

[4]李永浩，居于程序理解的编程题自动评分系统愤愤研究与应用，哈尔滨工业大学硕士论文，2001：1-60

[5]王华东.刘国柱.基于局域网下C语言考试系统的设计与实现[J].计算机与信息技术，2006.

数控自动编程系统 第11篇

自动编程 (Automatic Programming) 也称为计算机编程。将输入计算机的零件设计和加工信息转换称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, 数控编程能力与生产不匹配的矛盾日益明显。随着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。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。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。

2 多轴数控机床加工的造型和编程

所谓多轴加工就是在原有三轴加工的基础上增加了旋转轴的加工.如4轴、5轴等。多轴加工一般不可能再用手工编程, 多轴数控机床加工零件的复杂性, 决定了编程必须采用CAM软件自动编程。经过几十年的发展, CAD/CAM技术在五轴联动、五面体加工等高端的应用也已经相当广泛, 在中国, 引进的有关CAD/CAM系统就有Cimatron, Delcam, Mastercam, UG, Solidege, Solid-works, Pro/Engineer等, 国内自主品牌的CAD/CAM系统几乎只有北航海尔的CAXA系统。对于五轴加工, 根据不同的加工对象, 这些系统各有所长, 比如说, 在磨具制造的五轴加工方面, Delcam的Powermill功能在特征技术、后处理、干涉检查、加工循环和仿真切削等方面都比较强大, 操作使用方便。

3 数控加工编程软件Power MILL

Delcam是世界领先的专业CAD/CAM软件公司。Power MILL是英国Delcam Plc公司出品的数控加工编程软件系统。Power MILL功能强大, 加工策略丰富, 采用全新的中文WINDOWS用户界面, 并且提供完善的加工策略。能够帮助用户产生最佳的加工方案, 来提高加工效率, 软件可以减少手工修整, 快速产生粗、精加工路径, 并且几乎能够在瞬间完成任何方案的修改和重新计算, 因此缩短了85%的刀具路径计算时间, 对2-5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除。Power MILL具有集成的加工实体仿真, 方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果, 节省加工时间。Power MILL中包含有多个全新的高效初加工策略, 这些策略充分利用了最新的刀具设计技术, 从而实现了侧刃切削或深度切削。Power MILL提供了多种高速精加工策略, 如三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。

4 典型零件多轴数控机床的加工

加工图1所示的叶轮模型零件, 材料铝合金, 零件尺寸ф60X100mm, 加工要求:对零件进行数控编程及NC仿真加工, 完成零件的加工, 表面精度Ra3.2。加工采用数控机床Huron K2X8 Five。

1) 零件的工艺分析

根据零件模型确定零件的毛坯尺寸ф60X100mm, 零件属于五轴联动加工类型零件, 不需要补孔及编辑。零件由曲面构成, 最小圆角为R0.1mm。

2) 制定数控加工工艺路线

分析零件的数控加工工艺, 制定加工路线和加工策略。

(1) 工序1, 开粗, 加工内容偏置区域清除, ф16球刀, 径向加工余量0.5, 轴向加工余量0.5, 公差0.1。

(2) 工序2, 粗加工, 加工内容叶盘区域清除, ф6球刀, 径向加工余量0.5, 轴向加工余量0.5, 公差0.1。

(3) 工序3, 精加工, 加工内容左、右叶片精加工, ф6球刀, 加工余量为0, 公差0.03。

(4) 工序4, 精加工, 加工内容分流叶片精加工, ф6球刀, 加工余量为0, 公差0.03。

(5) 工序5, 精加工, 加工内容轮毂精加工, ф6球刀, 加工余量为0, 公差0.03。

3) 数控编程

根据预设的加工工艺路线完成各阶段数控编程, 贴出加工表格截图。

(1) 开粗, 偏置区域清除, 模型加工参数设置见图2。

(2) 粗加工, 叶盘区域清除, 模型加工参数设置见图3。

(3) 精加工, 左、右叶片精加工, 模型加工参数设置见图4。

(4) 精加工, 分流叶片精加工, 模型加工参数设置见图5。

(5) 精加工, 轮毂精加工, 模型加工参数设置见图6。

4) 数控程序后处理

输出零件的数控加工程序, 并完成表1的工艺单编制。

5) 将程序导入五轴加工中心, 进行加工, 加工结果如图7所示。

5 结语

从叶轮的数控编程和加工可以看出, 采用自动编程技术, 能够提高CAM系统的使用效率;支持多轴加工, 提升企业技术的应用水平;先进加工模拟, 降低加工中心的试切成本;无过切与碰撞, 排除加工事故的费用损失。多轴数控机床结构的复杂性, 工艺设计的周密性, 编程技术的复合性, 机床操作的灵活性, 决定了多轴数控机床应用的广泛性。

参考文献

[1]杜玉湘, 陆启建, 刘明.五轴联动数控机床的结构和应用[J].机械制造与自动化, 2008, 37 (3) .

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