引言
數(shù)控編程一直是我國(guó)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的瓶頸：一般進(jìn)口數(shù)控機(jī)床中附帶的輔助編程，功能過(guò)于單一，很難滿足用戶的高層次要求；進(jìn)口的CAD/CAM軟件則價(jià)格昂貴，硬件環(huán)境要求高（一般均要求在工作站以上），需要進(jìn)行充分地二次開(kāi)發(fā)，且這類軟件對(duì)員工素質(zhì)要求高，在我國(guó)很難普遍推廣應(yīng)用。本文面向一般數(shù)控機(jī)床用戶，針對(duì)機(jī)械零件中占90%以上的普通零件，以銑削加工為背景，在Windows98環(huán)境下設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)編程軟件，以提高NC編程的效率與質(zhì)量，改善NC加工環(huán)境。
1 需求分析與設(shè)計(jì)目標(biāo)
本軟件主要是為了減少制造過(guò)程中人的參與，進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度。軟件須具有良好的用戶界面，操作簡(jiǎn)單、方便，需要編程員輸入的參數(shù)應(yīng)盡可能少，降低數(shù)控編程對(duì)編程員需要有較高機(jī)加工專業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)編程能力的要求，簡(jiǎn)化數(shù)控編程；另一方面，它需要有強(qiáng)大的計(jì)算能力，以滿足高精度加工要求；而且，應(yīng)易實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充，能對(duì)加工過(guò)程（NC程序的執(zhí)行）進(jìn)行直觀模擬，以便調(diào)試。
2 總體設(shè)計(jì)
我們?cè)O(shè)計(jì)的此自動(dòng)編程軟件主要由以下5部分組成：用于加工策略確定的機(jī)加工專家系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)編程員輸入的有關(guān)參數(shù)與指標(biāo)，確定各工步及加工參數(shù)，即決定工步及M、F、S、T及某些G指令的參數(shù)；圖形編輯和坐標(biāo)計(jì)算部分實(shí)現(xiàn)由編程員輸入刀具軌跡，軟件系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算全部節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，以形成G00、G01、G02、G03、G8X等指令參數(shù)；仿真模擬部分實(shí)現(xiàn)對(duì)給定NC程序執(zhí)行過(guò)程的模擬，為了簡(jiǎn)化軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不考慮零件無(wú)關(guān)細(xì)節(jié)，由編程員給出與相應(yīng)NC程序相關(guān)的零件外形與尺寸，以單步/自動(dòng)方式仿真模擬加工過(guò)程；NC程序編輯部分，實(shí)質(zhì)是一個(gè)普通文本編輯器，允許編程員對(duì)NC程序直接進(jìn)行必要的調(diào)整、打印輸出等操作；通訊部分則允許通過(guò)RS-232接口，把程序直接傳送給數(shù)控機(jī)床，而不必通過(guò)磁盤轉(zhuǎn)存或人工輸入機(jī)床。
3 具體設(shè)計(jì)中的若干主要問(wèn)題
3．1 編程語(yǔ)言的選擇
由于面向?qū)ο蠓椒橄笮?、封裝性、繼承性、多態(tài)性于一體，具有顯著的可復(fù)用、易修改、易擴(kuò)充等特性，很容易實(shí)現(xiàn)軟件功能的修改與擴(kuò)充，而面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言中，C++功能強(qiáng)而且發(fā)展較成熟，同時(shí)考慮到Microsoft公司的Windows系統(tǒng)為應(yīng)用系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的用戶界面，很受大家歡迎，本軟件采用Microsoft的Visual C++編程語(yǔ)言。但是，它不能合適而有效地表示知識(shí)和進(jìn)行推理，對(duì)于本軟件的智能部分（機(jī)加工專家系統(tǒng)）宜選擇面向任務(wù)和知識(shí)、以知識(shí)表示和邏輯推理為目標(biāo)的人工智能和智能控制用編程語(yǔ)言。由于Prolog語(yǔ)言通過(guò)合一、置換、消解、回朔、匹配機(jī)制來(lái)求解問(wèn)題，本身就是一個(gè)演繹推理機(jī)，從而可以極大地簡(jiǎn)化智能軟件的設(shè)計(jì)，本軟件的智能部分選用Prolog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。
3．2 加工策略確定部分的設(shè)計(jì)
刀具管理功能同時(shí)管理刀具數(shù)據(jù)庫(kù)和刀庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)，刀具數(shù)據(jù)庫(kù)存該機(jī)床所配全部刀具各種參數(shù)，刀庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)存刀庫(kù)中刀具的信息。專家系統(tǒng)根據(jù)編程員輸入的材料加工精度要求等，以及刀庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)刀具信息，在專家知識(shí)水平級(jí)上確定出合理的加工參數(shù)，如選擇合適的刀具、適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給率、切削速度、主軸轉(zhuǎn)速、及合理的工步流程，需要時(shí)，提出調(diào)整刀庫(kù)。由于Prolog語(yǔ)言本身就是一個(gè)推理機(jī)，這里的主要工作就是建立專家知識(shí)庫(kù)，知識(shí)庫(kù)的組織。
3．3 刀具軌跡輸入與坐標(biāo)計(jì)算
本軟件設(shè)計(jì)中一改傳統(tǒng)的由點(diǎn)、線、圓等基本圖元輸入，必要時(shí)遞歸計(jì)算坐標(biāo)的方法，而以在實(shí)踐中總結(jié)出的大量常用圖形模式，成組輸入圖元，尤其針對(duì)一些計(jì)算較復(fù)雜的情況。常規(guī)輸入時(shí)，需人工確定圓1、圓2計(jì)算出P1、P2、P3、P4坐標(biāo)，逐個(gè)輸入圖元；而在本軟件中，僅需選定相應(yīng)圖形模式，只給出兩個(gè)圓心即可，P1、P2、P3、P4坐標(biāo)計(jì)算由軟件自動(dòng)完成，不需人工參與。同時(shí)，由于是選定模式輸入，此時(shí)坐標(biāo)計(jì)算可直接調(diào)用既定公式，這樣，就極大地簡(jiǎn)化了輸入且提高了計(jì)算效率及精度。
3．4 加工過(guò)程模擬