0 引言
　　數(shù)控編程一直是我國數(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)行充分地二次開發(fā)，且這類軟件對(duì)員工素質(zhì)要求高，在我國很難普遍推廣應(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（如圖1、2所示）：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)行過程的模擬，為了簡化軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不考慮零件無關(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RS-232接口，把程序直接傳送給數(shù)控機(jī)床，而不必通過磁盤轉(zhuǎn)存或人工輸入機(jī)床。
3 具體設(shè)計(jì)中的若干主要問題
3．1 編程語言的選擇
　　由于面向?qū)ο蠓椒橄笮浴⒎庋b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言。由于Prolog語言通過合一、置換、消解、回朔、匹配機(jī)制來求解問題，本身就是一個(gè)演繹推理機(jī)，從而可以極大地簡化智能軟件的設(shè)計(jì)，本軟件的智能部分選用Prolog語言實(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)庫和刀庫數(shù)據(jù)庫，刀具數(shù)據(jù)庫存該機(jī)床所配全部刀具各種參數(shù)，刀庫數(shù)據(jù)庫存刀庫中刀具的信息。專家系統(tǒng)根據(jù)編程員輸入的材料加工精度要求等，以及刀庫數(shù)據(jù)庫刀具信息，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。由于Prolog語言本身就是一個(gè)推理機(jī)，這里的主要工作就是建立專家知識(shí)庫，知識(shí)庫的組織如圖3所示。
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。如下圖5所示，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，就極大地簡化了輸入且提高了計(jì)算效率及精度。#p#分頁標(biāo)題#e#
3．4 加工過程模擬
　　本軟件在這一部分的設(shè)計(jì)中，主要采取模糊零件細(xì)節(jié)，僅考慮與NC程序相關(guān)部分幾何尺寸的措施，比如，在銑削加工中，零件外形可歸結(jié)為柱、方體、球、方臺(tái)、圓臺(tái)、球臺(tái)、圓筒、方筒、球殼等幾種，編程員可象選菜單一樣從中選定一種，并給出零件范圍，就形成了被加工零件。這樣，一方面簡化了軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，另一方面編程員可以在僅需輸入極少數(shù)據(jù)的條件下更清晰地關(guān)心其當(dāng)前NC程序的活動(dòng)。另外，編程員可以選擇模擬時(shí)程序執(zhí)行方式：單步/自動(dòng)方式；可選擇合適的視圖、合適的視角，二維/三維顯示；可以調(diào)整比例（提供圖形放大/編小按鈕）；編程員可以設(shè)定觀察窗口，用以專注考慮零件某一小部分的加工狀態(tài)；可以在加工模擬的同時(shí)，屏幕的一邊顯示相應(yīng)程序段；可以即刻顯示程序執(zhí)行完后的零件形狀，也可以調(diào)用延時(shí)程序，模擬過程正比例反映實(shí)際加工時(shí)間，且兩種情況下均可給出全部NC加工所需機(jī)床時(shí)間（不包括輔助時(shí)間），這可以幫助生產(chǎn)管理人員確定工時(shí)定額，完善生產(chǎn)管理制度。
3．5 NC程序編輯
　　這與普通的全屏幕文本編輯器相似，需以下功能選項(xiàng)即可：
File: New/Load/Save/Save as/Print/Exit
Edit: Insert/Delete/Copy/Paste/Move
3．6 通訊
　　這是一個(gè)普通的串行通訊程序，經(jīng)串行口把NC程序直接送至數(shù)控機(jī)床（如圖6所示）。
4 結(jié)論
　　本文利用人工智能技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械加工專家系統(tǒng)，可以在專家級(jí)解決加工策略確定問題，降低了對(duì)編程員機(jī)加工專業(yè)知識(shí)過多的要求，同時(shí)提高了程序質(zhì)量。并且，采取若干措施，簡化軟件操作，提供良好的用戶界面。使得只需基本機(jī)加工知識(shí)與計(jì)算機(jī)操作技能就可以編寫出高質(zhì)量的NC程序。
　　本軟件已初具雛形，頗受編程人員青睞，我們正致力于對(duì)其作進(jìn)一步的改進(jìn)。