0 引言
　　數控編程一直是我國數控機床應用的瓶頸：一般進口數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，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應盡可能少，降低數控編程對編程員需要有較高機加工專業知識與經驗和計算機編程能力的要求，簡化數控編程；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，應易實現功能擴充，能對加工過程（NC程序的執行）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，以實現根據編程員輸入的有關參數與指標，確定各工步及加工參數，即決定工步及M、F、S、T及某些G指令的參數；圖形編輯和坐標計算部分實現由編程員輸入刀具軌跡，軟件系統自動計算全部節點坐標，以形成G00、G01、G02、G03、G8X等指令參數；仿真模擬部分實現對給定NC程序執行過程的模擬，為了簡化軟件系統的設計，不考慮零件無關細節，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++功能強而且發展較成熟，同時考慮到Microsoft公司的Windows系統為應用系統提供了統一的用戶界面，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）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。
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據庫和刀庫數據庫，刀具數據庫存該機床所配全部刀具各種參數，刀庫數據庫存刀庫中刀具的信息。專家系統根據編程員輸入的材料加工精度要求等，以及刀庫數據庫刀具信息，在專家知識水平級上確定出合理的加工參數，如選擇合適的刀具、適當的進給率、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，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設計復雜度，另一方面編程員可以在僅需輸入極少數據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；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），這可以幫助生產管理人員確定工時定額，完善生產管理制度。
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，經串行口把NC程序直接送至數控機床（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，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。