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) CATLA 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软件的基本情况软件名称基本情况uni graphics(UG)美国EDS公司出品，将所有的数 控加工仿真模块连接起来，是一 套集成化的 CAD / CAM / CAE 一体化的大型软件，功能强大， 在大型软件中，加工能力最强， 支持三轴到五轴的加工，由于相 关模块比较多Pro/E ngin eer是美国PTC公司出品的 CAD / CAM /CAE 一体化的大型集成 软件，功能强大，支持三轴到五 轴的加工，同样由于相关模块比 较多，学习掌握，需要较多的时 间。
Solidedge是通用机械 CAD / CAM / CAE 一体化软件，三维实体造型系统将装配设计、零件造型、钣金设 计和图纸生成结合在一起，为用 户提供了从二维到三维的设计及 加工等功能CATIABM下属的Dassault公司出品的 CAD / CAM / CAE 一体化的大 型软件，功能强大，支持三轴到 五轴的加工，支持高速加工，由 于相关模块比较多，学习掌握的 时间也较长Ideas也是美国EDS公司出品的 CAD / CAM / CAE 一体化的大型软 件，由于目前与 UG软件在功能 方面有较多重复，EDS公司准备 将Ideas的优点融合到 UG中让 两个软件合并成为一个功能更强 的软件Cimatro n是以色列的CIMATRON公司出 品的CAD / CAM集成软件，相 对于前面的大型软件来说，是一 个中端的专业加工软件，支持三 轴到五轴的加工，支持高速加工， 在模具行业应用广泛PowerMILL是英国的 Delcam Pic出品的专业CAM软件，是目前唯一一个与 CAD系统相分离的CAM软件， 其功能强大，加工策略非常丰富 的数控加工编程软件，目前，支 持3轴到5轴的铳削加工，支持 高速加工。
MasterCAM是美国CNCSoftware,INC开发的CAD/CAM系统，是最早在微机 上开发应用的 CAD / CAM软 件，用户数量最多，许多学校都 广泛使用此软件来作为机械制造 及NC程序编制的范例软件EdgeCAM是英国Pathtrace公司开发的一个 中端的CAD/CAM系统CAXA是国内北航海尔软件有限公司出 品的数控加工软件，其功能与前 面介绍的软件相比较，在功能上 稍差一些，但价格便宜22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铳床加工的 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。