一、概述
數(shù)控加工程序的編制是數(shù)控加工技術(shù)的重要方面，程序編制水平直接影響到零件加工的質(zhì)量和效率。因此，高質(zhì)量、率的編程方法，一直是數(shù)控技術(shù)研究的重要課題之一，目前國內(nèi)外研究開發(fā)了大量的數(shù)控自動(dòng)編程軟件。
數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成。硬件主要由計(jì)算機(jī)、穿孔機(jī)、繪圖機(jī)、磁盤或磁帶等外部設(shè)備組成；軟件主要包括編程語言和程序系統(tǒng)（編譯系統(tǒng)）。
編程浯言是一套規(guī)定的基本符號、字母、數(shù)字和用它們描述零件加工的語法、詞法規(guī)則。這些符號和規(guī)則接近于車間日常用浯，用來描述被加工零件的幾何形狀、幾何元素間的相互關(guān)系、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以及一些必要的工藝參數(shù)等。編程語言易讀、易懂、易于修改。
自動(dòng)編程的方法是由編程人員根據(jù)零件圖的要求，進(jìn)行工藝分析，用編程語言在計(jì)算機(jī)上編寫零件加工的源程序，將該源程序送入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算處理后，計(jì)算機(jī)便自動(dòng)地輸出零件數(shù)控加工程序單，繪出零件加工刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡，制作穿孔紙帶。自動(dòng)編程的過程框圖如圖2-25所示。
為了處理源程序，必須有一套預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的零件源程序處理的程序，即所謂“編譯程序”。該程序?qū)⒘慵脑闯绦蚍g成計(jì)算機(jī)能夠接受的機(jī)器語言，并進(jìn)行主信息處理和后置處理。其中，主信息處理完成數(shù)值計(jì)算、刀具中心軌跡計(jì)算，并制定輔助功能等工作。后置處理則針對不同的數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，將主信息處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成該數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)控加工程序。
二、數(shù)控自動(dòng)編程語言apt
自 20世紀(jì)50年代美國zui早研制成apt（automatically programmed tools）系統(tǒng)以來，現(xiàn)在許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家也已研制了很多的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)。如：美國的adapt、autospot；英國的2c、2cl、2pc；德國的exapt—1（點(diǎn)位）、exapt—2（車削）、exaff—3（銑削）；法國的ifapt—p（點(diǎn)位）、ifapt—c（輪廓）、ifapt— cp（點(diǎn)位、輪廓）；日本的fapt、hapt等。
我國自20世紀(jì)60年代中期開始了數(shù)控自動(dòng)編程方面的研究，已開發(fā)出zcx—1、zcx—2、skc等多種類型的實(shí)用自動(dòng)編程系統(tǒng)。
在各種自動(dòng)編程系統(tǒng)中，apt系統(tǒng)是代表性的系統(tǒng)之一，以下概略介紹apt系統(tǒng)。
apt語言使用類似英語語言來描述，非常接近人們常用語言的形式，便于記憶、編寫，用apt語言編寫的零件源程序由apt處理系統(tǒng)能識別的語句和數(shù)據(jù)組成。
（一）apt語言的主要語句
1．刀具形狀語句
如：cutter／1，0.25
表示直徑為1英寸，頂端為平端，角部半徑為0．25英寸的刀具。
2．幾何定義語句
幾何定義語句用來說明零件輪廓的幾何形狀、進(jìn)刀點(diǎn)位置和進(jìn)刀方向等。它是下面描述
走刀路線的基礎(chǔ)，一般的表達(dá)形式為
（幾何元素標(biāo)識符）=（幾何元素類型字）／（幾何元素定義方式）
等號左邊是用戶為各個(gè)幾何元素所起的名字，便于以后引用。等號右邊是apt的字
和給定的幾何定義形式及參數(shù)。apt語言提供的幾何定義的類型有：點(diǎn)（point）定義、直線
（line）定義、圓?。╟ircle）定義、平面（plane）定義、圓柱面（cylndr）定義、一般二次曲線
（gconic）定義、球面（sphere）定義等10余種幾何定義類型，每種類型的幾何元素又有多種
定義形式。
如：p1二point／2，3，0
表示為x=2、y=3、z=0的三維坐標(biāo)點(diǎn)p1”。
如：l2二line／p1，atangl，30
表示通過點(diǎn)p1、與x軸成30度角的直線。
如：c3=circle／center，p1，radius，3．5
表示圓弧中心為p1、半徑為3．5英寸的圓。
3．允差語句
如：outtol/.001
表示工件輪廓外側(cè)誤差允許值為0．001英寸。
4．刀具運(yùn)動(dòng)語句
刀具運(yùn)動(dòng)語句用來描述刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。為明確刀具相對工件的關(guān)系，apt系統(tǒng)定義了三個(gè)控制面（見圖2-26）：
（1）零件面（part surface） 簡稱ps，指刀具底面所形成的曲面；
（2）驅(qū)動(dòng)面（drive surface） 簡稱ds，用來引導(dǎo)刀具運(yùn)動(dòng)，控制刀具側(cè)面的曲面；
（3）檢查面（check surface） 簡稱c5，用來確定每次走刀的刀具終止的位置的曲面。
為保持刀具連續(xù)切削，必須使上一段程序所給定的檢查面，成為下一段程序的驅(qū)動(dòng)面。分清上述三種表面的不同涵義，就可正確理解刀具軸線和控制面的相對關(guān)系。如圖2-27所示，其刀具位置的解釋為：to（走到），指刀具走到檢查面并與其相切；on（走上），指刀具中心走上檢查面；past（走過），指刀具走過檢查面并與其相切；tllft（左偏），指刀具在驅(qū)動(dòng)面左側(cè)；tlrgt（右偏），指刀具在驅(qū)動(dòng)面右側(cè)；tlon（中立），指刀具中心在驅(qū)動(dòng)面上。
apt語言的刀具運(yùn)動(dòng)語句可分為點(diǎn)位編程語句和輪廓編程語句。
點(diǎn)位編程語句有起始語句（from）、語句（goto）、增量運(yùn)動(dòng)語句（godlta）等。輪廓編程語句有from、goto、godlta、go、 offset、golft、gorgt、gofwd、goback等。如：tlrgt，gorgt／l3表示刀具在曲面的右側(cè)沿直線l3向右側(cè)移動(dòng)。如：gofwd／c1 表示刀具沿圓弧c1前進(jìn)。
5．機(jī)械操作功能
如：cdolnt／on
表示接通冷卻液。
如：fedrat／50
表示進(jìn)給速度為50英寸／min。
如：spindl/2400
表示主軸轉(zhuǎn)速為2400r／min。
此外，還有其他指令和語句等，如宏指令和循環(huán)指令，計(jì)算功能語句，輸入、輸出、說明語句等。
apt處理程序分成幾個(gè)階段，首先將源代碼轉(zhuǎn)換成apt的內(nèi)部代碼，然后進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，根據(jù)走刀路線計(jì)算出刀位點(diǎn)的坐標(biāo)，形成刀位文件。源程序及各個(gè)中間處理階段的結(jié)果均可打印輸出，以便檢查和跟蹤錯(cuò)誤。zui后進(jìn)行后置處理，即將通用的刀位文件根據(jù)用戶的機(jī)床型號，轉(zhuǎn)換成該數(shù)控系統(tǒng)所能接受的數(shù)控加工程序和制作成穿孔紙帶
（二）apt語言編程示例
三、微機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)
上述的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)，對硬件配置要求高，開發(fā)微機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)特別適合我國國情，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
微機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)，應(yīng)用實(shí)體造型方法、特征體素表述法、成組技術(shù)等進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)或輸入，由微機(jī)自動(dòng)編程軟件自動(dòng)或人機(jī)交互式進(jìn)行零件工藝分析，確定數(shù)控機(jī)床加工所需的全部信息，自動(dòng)生成零件數(shù)控加工程序單和數(shù)控介質(zhì)，供數(shù)控機(jī)床使用。具有圖形用戶界面，在圖形輸人系統(tǒng)中有基本的零件體素，如圓柱體素、圓弧體素、圓錐體素、螺紋體素等，通過體素輸入零件圖，并可對零件圖進(jìn)行編輯；零件圖輸入后，根據(jù)菜單提示即可自動(dòng)生成零件加工工步過程表和符合 iso格式的數(shù)控加工程序清單和數(shù)控介質(zhì)。具有由數(shù)控代碼驅(qū)動(dòng)進(jìn)行零件加工過程動(dòng)態(tài)圖形模擬功能，以檢驗(yàn)代碼的正確性并部分代替試切。
四、自動(dòng)編程技術(shù)的發(fā)展
數(shù)控自動(dòng)編程技術(shù)發(fā)展很快。zui初的數(shù)控編程系統(tǒng)主要代替手工進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助幾何參數(shù)計(jì)算。而現(xiàn)在的編程系統(tǒng)，只要給出零件的zui終加工尺寸、精度和材料，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)計(jì)算出幾何參數(shù)等加工過程所需的全部信息。有的系統(tǒng)如exapt系統(tǒng)甚至能夠部分解決工藝過程*化的問題。
1．會(huì)話型自動(dòng)編程
在會(huì)話型系統(tǒng)中，給計(jì)算機(jī)某些數(shù)控語言以外的命令，編程人員用命令隨時(shí)對計(jì)算機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。這些命令可以通過鍵盤送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將處理結(jié)果（回答）通過crt或打字機(jī)及時(shí)顯示。在會(huì)活型自動(dòng)編程系統(tǒng)中，編程員根據(jù)提問和回答，通過鍵盤輸入必要的數(shù)據(jù)和指令，并對零件源程序進(jìn)行編輯修改，直至得到正確的程序單和數(shù)控穿孔紙帶為止。
日本富士通的fapt、美國通用電氣公司的ncpts，以及我國的sapt等都是會(huì)話型自動(dòng)編程系統(tǒng)。
2．?dāng)?shù)控圖形編程系統(tǒng)
這種系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制光筆、熒光屏、鍵盤，編程人員在編程時(shí)用光筆和鍵盤在熒光屏上繪出零件輪廓，計(jì)算機(jī)就可按預(yù)先存儲的程序進(jìn)行計(jì)算，并將處理結(jié)果顯示在熒光屏上。然后用光筆沿刀具加工該零件的軌跡移動(dòng)，計(jì)算機(jī)就可自動(dòng)地編制出零件的加工程序并制作數(shù)控帶。
這種系統(tǒng)兼有語言系統(tǒng)的功能，能實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)對話”，簡化了編程過程，減少編程差錯(cuò)，縮短編程時(shí)間。
3．計(jì)算機(jī)數(shù)控中的直接編程
計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）中的計(jì)算機(jī)除用作控制外，還可用于編程，此時(shí)輸入計(jì)算機(jī)的是零件的加工源程序，然后由計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)處理成零件的加工程序，并控制機(jī)床切削加工。
有直接編程功能的數(shù)控機(jī)床，可直接用語言輸入零件幾何形狀、工藝參數(shù)等源程序，機(jī)床就可加工出該零件。
4．實(shí)物和語音編程
實(shí)物編程也稱無尺寸圖形數(shù)字化處理，當(dāng)要加工有模型或?qū)嵨锒鵁o尺寸的零件時(shí)，可用坐標(biāo)測量機(jī)，先將模型的尺寸測量出，而測量機(jī)本身的控制計(jì)算機(jī)就可對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出零件的數(shù)控加工程序單。也有一些數(shù)控機(jī)床具有所謂示教再現(xiàn)（teach and playback）的功能，機(jī)床帶有傳感器，按照實(shí)際加工路線，測量出實(shí)物或模型的尺寸，存儲在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)處理后生成加工程序，此后便根據(jù)加工程序?qū)σ院蟮牧慵M(jìn)行加工。
語音編程是由編程員將被加工零件的編程信息通過說話方式輸入到計(jì)算機(jī)中，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到該零件的加工程序。