编程技术

数控自动编程介绍

作者：张星

来源：《科技视界》2011年第23期

张星（徐州机电工程高等职业学校江苏徐州221000）

【摘要】本设计是关于数控自动编程与加工的应用与设计。基于CAXA软件数控系统自动编

程与加工。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家

基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、

集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、

产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。

它的发展是信息技术(IT)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAXA、敏捷制造和智能制造

技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。

【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l，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．

[3]屈海军．数控机床电气控制．北京理工大学出版社，2006,8.

[责任编辑：曹明明]