0 引言
　　數(shù)控編程一直是我國數(shù)控機床應用的瓶頸：一般進口數(shù)控機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；進口的CAD/CAM軟件則價格昂貴，硬件環(huán)境要求高（一般均要求在工作站以上），需要進行充分地二次開發(fā)，且這類軟件對員工素質要求高，在我國很難普遍推廣應用。本文面向一般數(shù)控機床用戶，針對機械零件中占90%以上的普通零件，以銑削加工為背景，在Windows98環(huán)境下設計了一個自動編程軟件，以提高NC編程的效率與質量，改善NC加工環(huán)境。
1 需求分析與設計目標
　　本軟件主要是為了減少制造過程中人的參與，進一步提高自動化程度。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)應盡可能少，降低數(shù)控編程對編程員需要有較高機加工專業(yè)知識與經(jīng)驗和計算機編程能力的要求，簡化數(shù)控編程；另一方面，它需要有強大的計算能力，以滿足高精度加工要求；而且，應易實現(xiàn)功能擴充，能對加工過程（NC程序的執(zhí)行）進行直觀模擬，以便調試。
2 總體設計
　　我們設計的此自動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加工專家系統(tǒng)，以實現(xiàn)根據(jù)編程員輸入的有關參數(shù)與指標，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)；圖形編輯和坐標計算部分實現(xiàn)由編程員輸入刀具軌跡，軟件系統(tǒng)自動計算全部節(jié)點坐標，以形成G00、G01、G02、G03、G8X等指令參數(shù)；仿真模擬部分實現(xiàn)對給定NC程序執(zhí)行過程的模擬，為了簡化軟件系統(tǒng)的設計，不考慮零件無關細節(jié)，由編程員給出與相應NC程序相關的零件外形與尺寸，以單步/自動方式仿真模擬加工過程；NC程序編輯部分，實質是一個普通文本編輯器，允許編程員對NC程序直接進行必要的調整、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)控機床，而不必通過磁盤轉存或人工輸入機床。
3 具體設計中的若干主要問題
3．1 編程語言的選擇
　　由于面向對象方法集抽象性、封裝性、繼承性、多態(tài)性于一體，具有顯著的可復用、易修改、易擴充等特性，很容易實現(xiàn)軟件功能的修改與擴充，而面向對象的語言中，C++功能強而且發(fā)展較成熟，同時考慮到Microsoft公司的Windows系統(tǒng)為應用系統(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和進行推理，對于本軟件的智能部分（機加工專家系統(tǒng)）宜選擇面向任務和知識、以知識表示和邏輯推理為目標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、匹配機制來求解問題，本身就是一個演繹推理機，從而可以極大地簡化智能軟件的設計，本軟件的智能部分選用Prolog語言實現(xiàn)。
3．2 加工策略確定部分的設計
　　刀具管理功能同時管理刀具數(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，在專家知識水平級上確定出合理的加工參數(shù)，如選擇合適的刀具、適當?shù)倪M給率、切削速度、主軸轉速、及合理的工步流程，需要時，提出調整刀庫。由于Prolog語言本身就是一個推理機，這里的主要工作就是建立專家知識庫，知識庫的組織如圖3所示。
3．3 刀具軌跡輸入與坐標計算
　　本軟件設計中一改傳統(tǒng)的由點、線、圓等基本圖元輸入，必要時遞歸計算坐標的方法，而以在實踐中總結出的大量常用圖形模式，成組輸入圖元，尤其針對一些計算較復雜的情況。如下圖5所示，常規(guī)輸入時，需人工確定圓1、圓2計算出P1、P2、P3、P4坐標，逐個輸入圖元；而在本軟件中，僅需選定相應圖形模式，只給出兩個圓心即可，P1、P2、P3、P4坐標計算由軟件自動完成，不需人工參與。同時，由于是選定模式輸入，此時坐標計算可直接調用既定公式，這樣，就極大地簡化了輸入且提高了計算效率及精度。#p#分頁標題#e#
3．4 加工過程模擬
　　本軟件在這一部分的設計中，主要采取模糊零件細節(jié)，僅考慮與NC程序相關部分幾何尺寸的措施，比如，在銑削加工中，零件外形可歸結為柱、方體、球、方臺、圓臺、球臺、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)設計復雜度，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心其當前NC程序的活動。另外，編程員可以選擇模擬時程序執(zhí)行方式：單步/自動方式；可選擇合適的視圖、合適的視角，二維/三維顯示；可以調整比例（提供圖形放大/編小按鈕）；編程員可以設定觀察窗口，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，屏幕的一邊顯示相應程序段；可以即刻顯示程序執(zhí)行完后的零件形狀，也可以調用延時程序，模擬過程正比例反映實際加工時間，且兩種情況下均可給出全部NC加工所需機床時間（不包括輔助時間），這可以幫助生產(chǎn)管理人員確定工時定額，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，需以下功能選項即可：
File: New/Load/Save/Save as/Print/Exit
Edit: Insert/Delete/Copy/Paste/Move
3．6 通訊
　　這是一個普通的串行通訊程序，經(jīng)串行口把NC程序直接送至數(shù)控機床（如圖6所示）。
4 結論
　　本文利用人工智能技術，設計了一個機械加工專家系統(tǒng)，可以在專家級解決加工策略確定問題，降低了對編程員機加工專業(yè)知識過多的要求，同時提高了程序質量。并且，采取若干措施，簡化軟件操作，提供良好的用戶界面。使得只需基本機加工知識與計算機操作技能就可以編寫出高質量的NC程序。
　　本軟件已初具雛形，頗受編程人員青睞，我們正致力于對其作進一步的改進。