自动编程与手工编程探讨
摘要：分析数控加工自动编程与手工编程的特点、应用范围和发展方向。
关键词：自动编程；手工编程；特点
 
1 手工编程的定义、特点
从零件图样的分析及工艺处理,数学处理和数值计算,编写程序清单,直到程序的检查和校核,均是由人工完成的,称为手工编程。
手工编程的优点是:
1)通用性强。可以适用于不同类型、不同档次、不同品牌、不同系列所有的数控系统。
2)程序设计质量高。手工编程可充分利用数控系统的指令功能及编程人员的工艺经验、加工经验及加工技巧,如子程序,固定循环,宏指令,镜像指令等,程序简洁,明了,段数少,加工时间短,加工质量好。
3)程序的可读性、可移植性强。手工编制的程序可读性强,易于修改。
4)手工编程的学习难度低,容易掌握,编程不需要增加额外的软件和硬件,成本低。
其缺点是:
1)零件图上往往给出的是较少的尺寸数据,而不是零件的全面的形状数据,由零件的尺寸数据转换到零件的形状数据,再到数控插补数据,有时需要大量繁琐的数学运算,运算过程中容易产生人为错误。
2)以抽象数据,例如图表、公式曲线、曲面等表示的复杂零件在线编程和离线编程的特点,数学处理和计算十分困难,计算过程中容易出现遗漏和错误,并难以查。
3)编程人员必须对数控机床和数控系统中的指令代码都非常熟悉。要求数控人员有比较全面的知识和较高的综合素质。
4)手工编程的效率很低。
2 自动编程的定义、分类和特点
凡是大部分或者是全部采用计算机软件处理图形并产生数控加工程序的过程都可以称为自动编程。
自动编程的种类也较多,主要有两种:
1)比较传统的自动编程代表是APT,它是一种以自动编程语言为基础的自动编程方法。
2)后期发展形成的现代常用的多种自动编程软件,例如:MasterCAM、Cimatron、Pro/E、UG、I-D、Solidworks、CAXA等一大批CAD/CAM软件,这些都是以计算机图形学为基础的自动编程软件,并有效地解决了几何造型、零件几何形状的显示、交互式设计、修改以及刀具轨迹生成,加工过程的仿真、显示、验证等问题,使得CAD/CAM正走向一体化,是现代自动编程的主流和发展方向。
自动编程的优点是：能编制极为复杂的零件加工程序，编程速度快，周期短，程序精度高，使用方便，便于计算机检查、验证与校对刀具位置、轨迹和零件形状等。特别是对复杂零件，有无可比拟的技术经济效果，能编制手工无法完成的程序。
自动编程缺点：自动编程必须增加计算机硬件和软件系统，增加了设备投资：自动编程软件
的学习以及熟练运用需要一定的时间，需要一定的计算机知识和一定的机械基础知识，熟练掌握运用存在一定困难；自动编程产生的加工程序长度一般比较长，同样的零件，自动编程程序长度可能是手工编程的程序的长度的几倍甚至几十倍，其加工时间相对应地会成倍或成几十倍的增长，这是其无法修正的根本缺陷；自动编程产生的加工程序难以判读、分析、修改。基本由简单的加工指令如直线、圆弧等组合而成，没有全面应用数控系统的丰富指令，例如子程序、固定循环、镜像指令、宏指令等，更谈不上编程技巧应用，程序质量上存在一定的缺陷；自动编程不能做到通用化，目前市场上数控系统的种类繁多，品牌，型号不一，档次高低不同，各种系统之间兼容性极差。
3 自动编程与手工编程差异性的原因
自动编程与手工编程各有优缺点，形成这些差异性的原因在于两者的加工原理不同。手工编程的原理是刀具和工件之间按照一定的数学计算轨迹相对运动，切削形成所需要形状的零件，零件的形状有完整的数学曲线和连续数据描述，是基于连续数据的加工。而自动编程是通过对零件完成计算机造型以后，计算机对模型多层离散化处理，从模型中获取零件点、线、面的离散数据，并结合工艺参数生成数控程序代码，所生成的加工程序利用刀具从坯料
中逐层逐点剥离多余的毛坯材料，最后形成所需要的形状的零件。数控加工过程对于零件形状的数据描述更多是分散、离散型的。
4自动编程与手工编程的选择
通常按照数控加工零件的适应性，以下几类零件适合于数控自动编程：
1）轮廓形状复杂，加工精度高，例如叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子，汽轮机转子，大型柴油机曲轴等，这些零件一般必须在多坐标联动的机床上加工，手工编程很难。
2）价值高的大型复杂部件，例如飞机机身部件、火箭部件等，这些零件形状不规则，任何微小的编程失误都使整个零、部件报废，而且无法修补，使用自动编程可以减少发生错误的可能性。
3）钻、镗、铰、攻螺纹及铣削联合进行的发动机箱体，壳体、匣体类零件，这些零件尺寸多，位置精度高。
4）需要由事体零件翻转形成的模具零件，由零件到制造模具的翻转，人工计算十分繁琐，而使用计算机自动编程却变得十分容易。
虽然自动编程的应用越来越广泛，但手工编程是数控编程必不可少的一部分，手工编程是数控技术人员学习编程的必由之路，其原因：1）手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心的经验均是由手工编程移植而来，熟练掌握手工编程可以更全面更深刻地理解自动编程。2）手工编程的经验技巧，有助于校对核零件加工程序的可靠性与正确性，自动编程软件虽然有刀位轨迹仿真功能，但只能在电脑屏幕上显示，难以判断实际加工精度。经验丰富的编程人员可以对生成加工程序进行人工判读，分析与校对，以验证其正确性。3）手工编程充分利用人脑的智能型，可以综合利用数控系统丰富的指令与编程技巧，这是自动编程所望尘莫及的。
同一零件使用不同的自动编程软件所产生的加工程序质量相差无几，但同一零件，不同的编程人员编制的加工程序质量差异性极大，编程人员素质的高低直接决定程序的质量。手工编程涉及到机械基础知识（机械制图，机械加工工艺，金属切削机床，机械原理，金属材料与刀具，数学处理计算机等）、数控加工只是（数控加工基础，数控编程知识，加工经验与编程技巧等）等，手工编程需要的知识面极广，它是数控加工知识层面的上层，任何一方面知识的欠缺都会造成程序质量的下降。而培养一名基础知识扎实、全面，又能综合运用这些知识的数控编程人员，除了长期孜孜不倦地学习和培训外，更需要长期的数控生产实践。
5 编程技术的发展
自动编程与手工编程技术的发展关系实质上是电脑与人脑的关系。电脑的优势是长于单调繁琐的数值计算，计算精度高，不易出错，数据存储海量，检索使用方便，最适合重复性的劳动。而人脑的学习分析能力、综合判断能力。智能化等创造性的思维活动是计算机所永远无法比拟的。
自动编程的下一步发展是增加智能化，对于复杂的零、部件，目前的自动编程能做到的只是数控加工的可能化和现实化，但绝对不是加工过程的合理化和最优化，这一点从自动编程和手工编程的程序长度上和加工时间上就可以明显地区分出来。
手工编程在任何时候都是必要的，是编程技术不可缺少的一部分。中等难度以下零件的手工编程的难点多在于数值点的计算和处理。手工编程并不排斥计算机的应用，通用CAD软件在辅助人工计算处理图形节点、坐标数值点方面极为有效，通常人工计算需要花费半天甚至一天的图形，在计算机上仅用十多分钟就能完成数值计算，而且能保证一定精度，所以在计算机能有效发挥作用的地方可不用或少用人，发展计算机辅助人工编程应该是一个低成本、高效益，适合我国国情的途径。
参考文献：
[1]毕承恩.现代数控机床[M].北京：机械工业出版社，1991.
[2]王贵明.数控实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]孙得茂.数控机床铣削加工直接编程技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

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