CNC编程新面貌 - 文章

CNC编程新面貌

newmaker 来源：MM现代制造

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尽管创建可用的CNC产品数据模型的努力所取得的进展缓慢，但与此同时，CAM软件的进展却使程序员的工作作用发挥到极致。

CNC程序员的作用

CNC程序员首要的作用是确保机床成功地执行加工程序，使其加工出好的零件。运用从经验中得来的知识和判断力，必须对CAM软件正确地发挥作用做出选择。CNC程序员的作用是间隙填充者，起着桥梁的作用。

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图1 CAM软件供应商继续推进编程生产率和有效性，程序与用户的交互操作、计算机处理时间和加工循环时间，例如，SURFWAR的TRUEMILL技术采用几个生成铣削刀具轨迹的方案。这种刀具轨迹引擎使用保持刀具的角度不变的算法，而不是保持步进距离不变。该公司宣称，这种方案不仅减少了加工循环的时间，而且延长了机床和切削刀具的寿命

因为设计系统依旧没有成熟到能提供所有需要的数字信息，自动对机床进行程序设计，所以这样的缺口就存在。简单地说，CNC程序员了解其他所有人都不了解的情况。那就是，他们了解此时此刻在该机床上加工该零件的最佳方法。

因为CNC程序员在应用这一知识方面非常有效，他们在加工过程中的作用可能只是很短暂的时间。看起来许多公司在有助于公司程序员的生产率最大化，无论是硬件工具和软件工具方面的投资都做得很好。

CAM软件开发商正在采取许多成效显著的措施，使CNC编程功能更加新颖、自动化程度更高。这些进展中最重要的部分包括：

1.基于知识的系统

知识库、查询表以及存储工厂机床加工技术的优先选择和最佳操作的数据库。

2.专用算法

设计插件程序和计算公式，以满足特定程序的编程需要。一些案例是使粗加工流程最大化的各种选项，其他案例是生成专用刀具轨迹的算法，这些刀具轨迹用于在高速加工时，生产出最好的产品。

3.特性识别

能够识别许多有相关的几何元素集合组成的可加工特性，在孔加工和挖槽加工方面所取得的进展最大。

4.检验

动画显示，预览程序控制的刀具运动，目的是对可能的碰撞、多余的空切、多轴同步以及其他决定零件加工程序效果一系列的因素进行可视检测。

5.优化

软件的特点是追求进给速度最大化。进给速度以代表加工件材料特性、切削刀具的性能和精度要求、由加工件的表面形状所决定的既定约束条件的各种数值为基础。

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图2 N-STEPPLANER帮助组织从加工零件文件获得的信息，以便完美的零件加工计划能简化CNC程序员向CAM的信息输入

CAM软件开发商将随着这类软件和其他软件的最新发展，继续做出改进，CNC编程方面的成果使工厂生产率有显著提高。但是CAM软件走向自动化还有多远的路要走？CNC编程功能能够完全自动化吗？能够去掉程序员输入信息这个环节吗？排除因CNC程序员的介入带来的灵活性和独特的技术专长是明智的吗？

由于许多加工操作，程序员的贡献代表着工厂竞争优势中关键的部分。而另一方面，CNC编程又是发展瓶颈，是一个薄弱的环节。失去一个CNC程序员会严重影响生产的顺利进行。同样，人为干涉对于数据文件的一致性、可交换性和加工操作的可运作性产生消极的影响。

绕过程序员

CNC编程完全自动化最值得炫耀的就是STEP NC标准，它是STEP标准(the Standard for the Exchange of Product model data.)的扩展。STEP NC标准的意图在于能使产品模型数据用作CNC机床的直接输入信息。这样做就不再有分离的刀具轨迹文件，也不再把G代码和M代码用作机床指令，也就没有必要再做后期处理。

STEP标准是一个国际标准，它对产品的数字信息制定了独立的数据格式。能在其他不同的计算机平台上共享和交换。STEP NC把有关CNC加工的信息如何添加到用STEP产品模型描述的零件这一过程标准化。使用STEP NC标准保存加工零件所遵循的相关步骤的指令，特定的控制单元类型、编程系统或后置处理器的有效性不会影响该加工件的可生产性。

完全实行STEP NC标准涉及到装备机床的问题，这些机床带有用特殊软件定制的CNC。这种软件能使CNC直接解读STEP NC数据，并使用解读信息加工不带一般G代码程序的零件。使用STEP NC标准，所有制造零件所需要的数据都包括在一个AP-238文件内。在ISO STEP标准中，STEP NC被指定为ap-238,是一个“应用协议”，是一个与特定行业或特定的产品类型有关的数据定义集，比如在这种情形下指的是被加工的零件。

这种方案与传统的方案形成鲜明的对比，其在传统的M代码和G代码（RS-274D）数据中有关加工零件的数字信息进入死锁状态。这些信息只保留在外部的信息提供者，诸如签订加工零件合同的工作车间。

同样，只要该车间有用于生成零件的原始或兼容的资源，数据就是有效的，例如，如果不再支持这种CAM软件，或者更换了机床或控制单元，在产品的生命周期截止以前，这些资源就可能发生变化。因此破坏加工零件的有效性，对于加工产品是很重要的。

完全实行STEP NC标准，它将实现“技术规则到零件”(Art-to-Part)加工。不幸的是，相关行业实行STEP NC的情况参差不齐。许多CAD/CAM软件开发商或数控机床制造商没有接受这种理念。结果，实行STEP NC这一先进标准商业化产品还不是很多的。

无论STEP NC是否被广泛采用，看来产品模型数据库必然都将最终成为直接的CNC机床输入信息的一些方式，并且这种选择的经济效果将被许多全球性合作制造公司所证实。

采用STEP标准进行零件数字化输出

由于STEP NC把有关CNC加工的信息如何添加到用数字化STEP产品模型加以描述的零件这一过程标准化，正在发展的N-STEP标准，这种非数字信息来源所包括的加工和制造信息必然会采用与STEP相容的格式存储。这种先进想法的重点都在于执行可交换数字标准的紧迫性和复杂性。这也说明市场化的阻力继续阻碍着有利于CNC编程全面自动化的标准实行的原因。

N-STEP是国家自动化中心产品数据交换标准的缩写。NAC是美国军队坦克自动化和武装指挥部(TACOM)的一部分。N-STEP发布后，军方能更迅速地制造、维修和替换零件，以保持战备部署的可用性。因为很多设备最初的设计和制造都是用蓝图或2D CAD文件保存设计数据和工程数据，对这些信息完全进行数字化是不切实际的。这意味着不能对这些数据进行电子传输，或作为类似CNC机床的加工操作的输入信息。

N-STEP是一套软件产品，能使用户采集完整而又明确的产品数据，这些数据以单独的、有内在联系的文件存储制造特征、尺寸和精度、材料标注、材料属性（硬度、表面光洁度等）以及其他数据。这些文件符合STEP AP224和203标准指定的格式，规定了可加工特性和加工操作过程。N-STEP是实行STEP标准的军用程序，它不是ISO标准研发的成果。

N-STEP软件包是由SOUTH CAROLINA RESEARCH AUTH ORITY开发的。这套软件在获得许可协议后就可以使用,它包括三个主要模块：

（1）N-STEP的TRAN SLATOR模块把图纸或CAD文件转换成电子格式，这种格式保证正确地解释从最初数据源获得的信息。在该模块中，一系列的菜单查询用户的有关属性和零件的重要特征。在回答完所有的问题，消除歧义或冲突后，用户就可以继续使用TRANSLATOR。因此，接下来使用该模块程序时，所有信息齐备可靠。

（2）N-STEP的VALIA DATOR模块程序用于人工校验由N-STEPTRANSLATOR模块程序生成的文件的正确性。该模块显示产品模型以便用户能检验每一个特性，检查信息并与历史数据比较。任何错误或漏洞都编入报告，这个报告发送给有关人员以修改或澄清。

（3）N-STEP的PROCESS PLANER是一个应用程序，它使用了系统、一致的规则，旨在创建生产各个零件或组件所需的详细书面工艺计划。将时间估算、成本计划和过程意向都输入到该数据库。可以引用该数据库，把该程序创建的工艺计划从CNC程序员输入信息到生成CNC零件加工程序的CAM软件包进行简化设计。

PROCESS PLANER推断和消除多余的计划步骤，能达到这种程度，它就带来了巨大的效益。

因为N-STEP与国防有关，大军火商对此有很大的兴趣，并采用它。但是，现在N-STEP只在UNIX计算机平台上运行。要在美国工厂更广泛的基层应用它，这将是一个很大的障碍，因为基层工厂大多使用WINDOWS计算机平台。TACOM正在努力将N-STEP相关标准更广泛的商业化，但是很显然，迁移到其他的计算机平台上，建立较现实的价格体系对于有重大意义的市场渗入而言是很有必要的。

效益显著的CAM软件

当产品模型数据库越来越全面，越来越标准化，CNC编程功能的自动化程度就越来越高。有时，CNC编程可能完全没有必要。但是，大多数制造商都将选择为有经验的CNC程序员保留一些做决定的选择。他们的介入将给制造商在灵活性和优化方面带来优势。因为商业化、实用的CAM软件自动化程度高，简化了信息输入，所以这种方案在可以预见的将来还是切实可行的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/9/2010)


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