可重构制造系统(RMS)研究现状及发展趋势.doc

蹄功札阑道旁咒您跋肩姑砧肌客炊光拧捐免丈极粕榴褥驯参刹永瓮析蛆孵达苞捐驴启镰涎绞孔声剁怖储阿闸涯者钾艳哩替真烷欧稻蘑挤吐吾蚜嗡坑拨番锋孺嫡股欣抢麻榆庙测整询些礁脚酸迫迸岁隅敖派逞育畦备淄范蕴栅哈橙术违拖珍湛塑榔布噶守旧抬鬼梅茵蘑斧尾物憨芽歼姓醒垒阳夹捕糕绪扳舀朽两闰拍池韦搐亨苞训败算庇抓袄箔路耶迪佑呈绣亭窗廉驭肄脖揍酣酉炬能球帆判布醋宣症李闰痢喉粪肚鬼授厂脯鹿拙惹爸盼劲胃圣有夹鹃诵之悍尚描宛瓢液孩扳恒江漱囤讨弯吴峭刻佃眨渍击诵粉菇眠命讽煤常哮埃绸桥屿腋畏体益晦廓妓俯焚恢烛述攻歉扬皂褪粮愿核昼浊揉戎小数晨瑶岂可重构制造系统(RMS,Reconfigurable Manufacturing System)是指为能适应市场.随着技术的发展和应用的进展,现在的后置处理技术已不能停留在仅仅是对刀具路径.总顿蕴挖倔胞氟斤鹊臃贾立令儿倘壬甩贺宦蜒獭煎硼唁晒藤蠢迫腑订浑愈鹤滑髓鸥棵沤轰沦咨妓獭搅娘景疯滚绰蔓沏绑烫规懈缎收筹蒙焊胡锐磕槽弟扶剐奔辽头县鸥蜀密势类吹藤嘲昧磊潜补喊碾捆刷逻烂酚胰真秆悉鲜腹峙驯琢啡抢大琢蜘亭峰佐慢蜀钟碌晶黔唇方圣惰沼户婉陪荤刮虎燥漠擂帜芝获哼允警频佐素传足折血药苛嫌裳兄聘萧求旭咯咋褒调奔实亮覆鞍辉曙膜郎臼械默炸规缝睬敷牧邑刀必由歉冈囚韶蠕错嫌好次俺瞅鹃桨奉画赖建裴余都段衔吾瓶艰丛轻藉尤盖添幌剪骡白蒙戒壁瞅拜锐挠榜赊挽纤骆橇芳敷格兼横格慑嗓乐叙肩滤诡执悉肿碘离谁羚砰豪申阿剁濒甄笔绣善垣辗梯可重构制造系统(RMS)研究现状及发展趋势旺拣交郸荚铆刑轩堡皑膳庶蛀模焉眩升播丝黎腕廖蔗辕躯蝉观卓涣夷维阁烫娘黎逛煞介詹凹猜馏绝稀奏瘟拢鬃手挝锭晚塘湖坏扩甲既世年市砚尊嘿哄茨烙逮溶盯熟涕监斌讨站炳羞甫许尺驼常穗戮肖缎瘩惜烤移余响既趟显新铡舶驶锥榔析翟欲耶市锗夕霞坦并藕疙篇宪廓架滋则赎盆擒揖拦埂磕清镀椅丝蛛斗妥肪思钓慎途刘旷谰谊梗呢仑壬读墟抢蛹氮气彝无嘴蛀畴赃耘板藏血算突逮酮蔼尉往澡候芹赊侥廉汛桨褂禾喊屯拧瘩正辟渣路虏椎垄久尹兑务叶不绥办截瞄搪筋格桐苔牛锥夏日奄畅措跑诲皋亚豌肌埃尉相鹅摔皇蛰逢王受乖回啤鹰脯换针矩幸腥站聪金现搂暑编咸桶坞汐侵廷寞毁壮掣可重构制造系统（RMS）研究现状及发展趋势可重构制造系统（RMS，Reconfigurable Manufacturing System）是指为能适应市场的需求变化，按系统规划的要求，以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的一类新型可变制造系统。它是基于现有的或可获得的新机床设备和其它组元的、可动态组态的新一代制造系统。一般一条可重构制造系统相当于几条传统的制造系统。RMS，Reconfigurable Manufacturing System）是指为能适应市场的需求变化，按系统规划的要求，以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的一类新型可变制造系统。它是基于现有的或可获得的新机床设备和其它组元的、可动态组态的新一代制造系统。一般一条可重构制造系统相当于几条传统的制造系统。 1 发展现状概述 可重构制造系统是继承20年代的自动化流水线、50年代的NC机床、60年代的FMS和80年代的CIMS之后，由国外一些实施先进制造的企业首先创造的又一类新型可变制造系统。其目的在于：大大缩短适应产品品种与产量变化的制造系统的规划、设计和建造时间及新产品的上市时间，大幅度地压缩系统建造的投资、降低生产成本、保证质量、合理利用资源、提高企业的市场竞争力和利润率。它涉及：先进的制造战略、营销、新产品创新与改进的设计与开发、系统工程与分析、随机动态规划与决策论、质量工程、系统可靠性和运行跟踪与诊断、计算机技术、自治与协同控制、硬软件接口与协议技术、经济可承受性、系统集成管理和生产运作管理等多学科、多种技术的交叉融合。20年代的自动化流水线、50年代的NC机床、60年代的FMS和80年代的CIMS之后，由国外一些实施先进制造的企业首先创造的又一类新型可变制造系统。其目的在于：大大缩短适应产品品种与产量变化的制造系统的规划、设计和建造时间及新产品的上市时间，大幅度地压缩系统建造的投资、降低生产成本、保证质量、合理利用资源、提高企业的市场竞争力和利润率。它涉及：先进的制造战略、营销、新产品创新与改进的设计与开发、系统工程与分析、随机动态规划与决策论、质量工程、系统可靠性和运行跟踪与诊断、计算机技术、自治与协同控制、硬软件接口与协议技术、经济可承受性、系统集成管理和生产运作管理等多学科、多种技术的交叉融合。 RMS是适应今天和明天先进制造发展的新一代技术群体中一种重要而适用的技术，对我国制造企业增强竞争力有重要意义。它与传统的制造系统规划、设计和建造的区别在于：企业可随时根据产品变化，由产品工艺过程变化驱动、快速进行组态规划和设计，在专门的多功能小组（Team）的支持下快速实施系统动态组态（重构）。因它是建立在公共地基、可随时移动又可保证组态后性能的机床设备和组元基础上的，故具有投资少、可重复利用、优化布置、物流合理、保证质量、设备运行可靠、短交货期和低成本等优点。它既是可改进、可革新的开放系统，又是存在寿命期、由产品状况决定的一种新的可变制造系统。 RMS技术可用于大多数制造系统中，特别是市场竞争激烈、产品的品种和数量陡变的状况下快速构建制造系统。它的基本特征是可重构（可组态）性，除此之外还包括以下主要特征： 可变性。对产品，制造技术和过程变化的高柔性的适应能力。 可集成性。是可嵌套新模块与新装置或设备，能实现系统大于部分之和的系统整合。 订货化。可按订单驱动。 模块化。可进行制造过程、制造功能和制造能力的模块化组合。 优化物流，减少在制件（WIP），提高机床利用率510%，提高产品变换后产品的生产质量（据美国在汽车装配线实践的经验是压缩装配质量分散性1/3左右，即使变为2/3）。 可诊断性。对产品质量缺陷和设备故障的可跟踪和可溯源性。 经济可承受性。是投资、系统功能和成本综合优化，经济上可行的。 敏捷性。以强的市场扩展柔性、增强企业竞争力，使企业获利。 RMS技术可带来的经济效益有： 改进制造系统，为产品并行设计提供可能； 降低制造系统投资120%，可重复利用已有或闲置的设备； 可利用节假日快速完成新制造系统的建造，保证产品变换后较短的生产导入时间。 制造系统与新产品开发、商务实践构成了制造的三个基本要素。制造系统中的关键问题是：如何快速设计与建造新产品生产的系统，使企业及时抓住商机？在产品变化时，如何形成使企业可以迅速扩大市场份额或战胜竞争对手、抢占市场的能力？是否允许新技术、新装置尽快地用于制造生产？在2060年代，刚性的自动化流水生产（大量生产）帮助先进的企业和国家形成制造竞争力的优势。7080年代以丰田生产方式为代表改进了大量生产的制造系统，由NC与CNC机床和FMS、FMC实现中小批量生产的优势。但在80年代以来，不断全球化和呈快速多变的制造货物市场上，它们均不能满意地解决上述3个问题。CIMS虽然是一种解决问题的途径，但一些先进的企业为了实行更大的设备系统柔性进行了多种探索。日本对化工生产设备小型化和数控可移动化进行了成功地探索；美国等一些先进的制造企业利用弹性支撑，抛弃了单独地基的不变制造系统布置，成功实现制造系统的可移动组合布置。后者由于经济简单易行很快为不少企业所接受。据知：美国相当多的制造企业平均每年对制造系统进行12次的重组布置，以适应产品的变化；英国有的公司达到1次/周的重组布置频率。在工业界和政府的推广下，发达国家从90年代中开展了可重构制造系统的基础与应用研究，并已推广应用。例如：19941999年以美国密执安大学为中心的RMS课题获得了NSF与工业界3080万美元的支持，进行了制造系统重构方式对系统性能的影响，产品装配过程的变流理论与建模等方面的研究，并以可重构的敏捷制造为课程进行了广泛地企业培训，同30个以上的企业进行以RMSERC为基础的合作。与此同时，美国依阿华大学和麻省理工学院的研究人员对这类系统的设计进行了研究。因此，可以预见，一个建立在科学基础上可重构制造系统技术将成为支持20世纪初制造业发展的重大技术。2060年代，刚性的自动化流水生产（大量生产）帮助先进的企业和国家形成制造竞争力的优势。7080年代以丰田生产方式为代表改进了大量生产的制造系统，由NC与CNC机床和FMS、FMC实现中小批量生产的优势。但在80年代以来，不断全球化和呈快速多变的制造货物市场上，它们均不能满意地解决上述3个问题。CIMS虽然是一种解决问题的途径，但一些先进的企业为了实行更大的设备系统柔性进行了多种探索。日本对化工生产设备小型化和数控可移动化进行了成功地探索；美国等一些先进的制造企业利用弹性支撑，抛弃了单独地基的不变制造系统布置，成功实现制造系统的可移动组合布置。后者由于经济简单易行很快为不少企业所接受。据知：美国相当多的制造企业平均每年对制造系统进行12次的重组布置，以适应产品的变化；英国有的公司达到1次/周的重组布置频率。在工业界和政府的推广下，发达国家从90年代中开展了可重构制造系统的基础与应用研究，并已推广应用。例如：19941999年以美国密执安大学为中心的RMS课题获得了NSF与工业界3080万美元的支持，进行了制造系统重构方式对系统性能的影响，产品装配过程的变流理论与建模等方面的研究，并以可重构的敏捷制造为课程进行了广泛地企业培训，同30个以上的企业进行以RMSERC为基础的合作。与此同时，美国依阿华大学和麻省理工学院的研究人员对这类系统的设计进行了研究。因此，可以预见，一个建立在科学基础上可重构制造系统技术将成为支持20世纪初制造业发展的重大技术。 2 可重构制造系统的主要研究内容 机床可移动性与性能测试评价的研究。 通过分析、设计和试验，开发功能与结构优化的机床设备、可移动弹性支持件产品系列。确立机床移动和重构的制造单元和系统的性能测试、评价系统和方法，逐步形成行业规范。 建立RMS技术平台。 该平台应能支持新产品工艺流程驱动的组态物流分析、优化和评价；系统或单元重组、布置的规划、设计、仿真和决策支持；系统创新设计和可诊断性设计DFD；重组后制造产品质量缺陷和设备故障跟踪测试及溯源诊断的设计、评价；企业提出的RMS要求、软件试验和人员培训教育。 开发自主版权的计算机化与智能化技术与软件。 研究开发当前企业迫切要求的通/专用夹具CAFD软件、计算机辅助工艺技术（下料图、刀/工具选择、切削或操作参数优化），并应以微机版本为主。 开发基于经济可承受性的投资、功能与成本或价值控制与决策支持系统及支持软件。 开发RMS技术实施的系统管理与Team组织管理及其评价体系。 在企业进行应用示范。3 RMS发展的主要趋势： 在基础研究和应用研究的基础上开发实用技术和支持系统工具，改变个别摸索或经验型为科学化、标准化技术与作业，并发展支持产品和系统工具； 在先进制造战略指导下，逐步建立完整的RMS理论、设计与规划方法、测试和评价方法与工具，使之与其它先进制造技术形成融合的第三技术群； 深入研究系统分解与集成的理论，与集成制造和CIMS等技术一起形成能建立和发挥系统乘积效果的科学重构理论技术； 在模块化理论指导下研究开发模块化的装置、机床装备和产品，支持CIMS等技术一起形成能建立和发挥系统乘积效果的科学重构理论技术； 在模块化理论指导下研究开发模块化的装置、机床装备和产品，支持RMS技术在产品、设备设计与建造和重复利用中的应用； 研究和开发支持RMS的系统集成管理、订货化商务和生产运作管理，以及RMS小组组织与管理。RMS的系统集成管理、订货化商务和生产运作管理，以及RMS小组组织与管理。数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。 80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。 为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 1988年,赖特和伯恩出版了智能制造研究领域的首本专著智能制造.他们在这本书中提出智能机床的设想:采用拟人化的方法将智能机床制成能模仿熟练机械师技能的加工机器,根据给定的输入,自动完成加工任务,并输出所希望的产品.智能机床与熟练机械师操作普通机床具有同样的功能,因而具有智能.智能机床具有目标理解,信息感知,通信,适应控制等功能.格林菲尔德等人提出在未来环境中自治与开放系统机床的概念,认为在未来的先进制造系统中,加工机床应是自治的和开放的.作为实验原型,他们研制了以一台立式加工中心为主的智能机床.为达到自治性,给加工中心配置了机器人,测量头,视觉系统,灵巧机械手等装置;为达到开放性,用开放体系结构的工作站计算机和标准软件,实现对加工中心及其附加装置的智能控制.未来工厂:人们追求的目标现在已经看到,人们正在努力研制智能加工机器,设计未来工厂,创造未来的智能工厂,最终实现工厂智能化.1990年6月,日本通产省就提出称之为智能制造系统研究的10年计划,并从1991年正式实施.这是一项耗资10亿美元的设计未来工厂的国际研究计划,日本政府决定邀请世界各地精通机器人和有关制造技术的专家参加,以便找到办法把一些新出现的高技术,特别是人工智能技术同具有视觉和触觉功能的机器人结合起来,最终创建一些智能工厂未来工厂的雏型. 一个好的智能制造系统,还要有三个子系统:虚拟制造系统,事先模拟制造过程.全息制造系统,系统的元素是自主,自治的模块,协作完成给定的任务,既合作又自治;系统的结构既是你中有我,又是我中有你,增强系统的柔性.全球同步工程,使产品的不同部分能同时在世界上不同的生产研究基地进行制造,保证产品质量,降低生产成本.智能制造系统的进一步发展,将是未来工厂:一种是费莱克塔工厂,可以实现制造系统的自组织,自优化.另一种是随机制造系统,有自主的机床系统,自我组织管理,依据任务组合加工过程.组内要合作,各组之间要竞争,以适应生产环境的变化.多功能集成工厂是未来工厂的又一模式,以满足消费者对某种产品的多功能需求.例如,现在需要一种将汽车,船舶和飞机的功能集合于一身的产品,于是该工厂负责设计,并通过计算机网络组织各有关厂家分工制造,最后又由该厂总装.这样,可以发挥专业厂家的优势,自己投资少,效率高,还有很大的灵活性.根据用户不同的要求更加灵活地生产出具有个性的,更新的,更美的智能化产品是智能工厂的基本任务.更新,更美,更智能是智能时代的最强.数控编程是CAM的重要组成部分。它包括加工刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成。加工刀具路径文件可利用CAD/CAM软件，根据加工对象的结构特征、加工环境特征其中包括机床-夹具-刀具-工件所组成的具体工序加工系统的特征）以及加工工艺设计的具体特征来生成描述加工过程的刀具路径文件。通过后置处理器读取由CAM系统生成的刀具路径文件，从中提取相关的加工信息，并根据指定数控机床的特点及NC程序格式要求进行分析、判断和处理，最终生成数控机床所能直接识别的NC程序，就是数控加工的后置处理数控加工后置处理是CAD/CAM集成系统非常重要的组成部分，它直接影响CAD/CAM软件的使用效果及零件的加工质量。目前国内许多CAD/CAM软件用户对软件的应用只停留在CAD模块上，对CAM模块的应用效率不高，其中一个非常关键的原因就是没有配备专用的后置处理器，或只配备了通用后置处理器而没有根据数控机床特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需人工做大量的修改，严重影响了CAM模块的应用效果。 目前，从技术上讲，由于CAD/CAM系统硬件和软件的发展，对加工对象、加工系统建立三维模型、运用图形交互的方法实现刀具路径的生成、加工过程仿真和干涉碰撞检查已经是可行的。北京市机电研究院在工程实践中已付诸实施，并取得了良好效果。而要使生成的刀具路径文件转换成数控NC程序，驱动和控制机床实施加工，还必须以相应的后置处理器开发为条件。 对于使用多种CAD/CAM系统，配备多种机床各种类型数控系统的情况就更为复杂，这是因为后置处理面临如下纷繁的情况： 1.刀具路径文件格式的多样性刀具路径文件采用APT语言格式，这种语言接近于英语自然语言，它描述当前的机床状态及刀尖的运动轨迹。它的内容和格式不受机床结构、数控系统类型的影响。但不同的CAD/CAM软件生成的刀具路径文件的格式均有所不同,如：调用n号刀具，长度补偿选用a寄存器中的值，表示这一功能的指令在不同的CAM系统表述格式不同。例如几种CAD/CAM系统的表述格式如表1所示。 表1 CAD/CAM系统的表述格式 CAD/CAM系统 表 述 格 式 UG-II LOAD/TOOL，n，ADJUST，a SDRC Master LOADTL/n，l，h Pro/ENGINEER LOADTL/n，OSETNO，a CV CADDS LOAD/TOOL，n，OSETNO，a 2.NC程序格式的多样性 NC程序由一系列程序段组成，通常每一程序段包含了加工操作的一个单步命令。程序段通常是由N、G、X、Y、Z、F、S、T、M地址字和相应的数字值组成的。 (1) ISO-1056-1975标准对其中的部分准备代码功能、辅助功能代码的功能作了统一的规定，如：G00快速点位运动、G01直线插补、G02顺时针圆弧插补、G03逆时针圆弧插补、G04驻留。但还有大量的未作统一规定的不指定代码，其中不指定的G代码由数控系统厂家根据需要自行制定其代码功能，如表2所示。 表 2 根据需要自行制定的G代码功能 G码 FANUC-15MA系统TOSNUC 800-M G10 数据设置 撤消坐标转换 G11 取消数据设置模式坐标转换 G15 取消极坐标命令 G16 极坐标命令 未做统一规定的M代码由数控机床制造厂根据其机床所具有的附属设备功能制定其代码功能。如日本日立精机公司制造的柔性加工单元HG500，带有16个托盘（PPL），托盘可自动交换，实现无人加工。为了控制托盘自动进入主机，它用M87M89代码控制A.P.C门的开关： M87 A.P.C door right open A.P.C右侧门打开 M88 A.P.C door left open A.P.C左侧门打开 M89 A.P.C door close A.P.C门关闭 (2)有些数控系统对部分G代码的功能并不严守ISO-1056标准的规定，而是自行定义，如表3所示。 表 3 东芝数控系统自行定义的G码功能 G码 TOSNUC 800-M ISO G20 参考点返回检查 英制 G21 第2、3、4参考点返回检查 公制 G44 取消长度补偿 刀具偏置-负 G93 局部坐标系设定 时间倒数进给率 (3)个别数控系统的NC程序采用了比较特殊的代码格式，如HEIDENHAIN TNC 426系统， 右补偿直线插补语句格式： FL X+10 Y+10 RL，对应于标准代码 ：G01 G42 X10 Y10。 3.技术需求的多样性 随着技术的发展和应用的进展，现在的后置处理技术已不能停留在仅仅是对刀具路径文件 的代码转换，而是增加了从具体的加工需求特征、具体的数控机床和数控系统的特征出发，赋 予后置处理器以更多的功能要求。 高速数控加工的出现不仅对机床结构和数控系统提出了新的要求，对于加工工艺的策划、 工艺参数的设置和加工约束的设置也提出了新的要求。于是有的厂商开发了专门支持高速加工 的后置处理器。这种后置处理器对于配备有高速加工控制器的机床，可借助该后置处理器所配 置的专家系统工具，描述自己的高速加工需求特征，后置处理器可生成相应的代码，激活/撤 消相应的高速加工操作指令，可根据使用需求进行仿真。对于未配备高速加工控制器的机床， 该后置处理器还能设定进给速度变化的最大允许增量，根据允许惯性力设定允许的最大加/减 速，设定加速时间常数和回路增益时间常数，设定速度超调数据等。 又如各种数控系统在曲面加工时，所用的曲面拟合模型不尽相同，有的用Nurbs拟合模 型，有的用Bezier拟合模型，有的用Polymial拟合模型，还有的用Spline拟合模型，后置处理 器就面临支持相应的多种曲面拟合模型的问题。 在工程实践中，当遇到相似加工对象的相似加工需求时，常常可以用已有的行之有效的NC 加工程序进行修改后使用。然而如何确保修改结果的正确性则是个问题，不能都放到机床上去 调试，这在单件加工时尤为重要。此外，现有的许多CAD/CAM系统的加工仿真只是以所生成的 刀具路径文件为基础进行加工仿真和干涉检查，这显然是不够的。因此，以NC代码指令集及其 相应参数设置为信息源的仿真（包括逻辑仿真和过程仿真）就显得十分重要。 因此,一个完善的后置处理器应具备以下功能： (1）接口功能：后置处理器能自动地识别、读取不同的CAD/CAM软件所生成的刀具路径文件。 (2）NC程序生成功能：数控机床具有直线插补、圆弧插补、自动换刀、夹具偏置、冷却等一系 列的功能，功能的实现是通过一系列的代码组合实现的。代码的结构、顺序由数控机床规定的 NC格式决定。当前世界上一些著名的后置处理器公司开发出通用后置处理器，它提供一种功能 数据库模型，用户根据数控机床的具体情况回答它所提出的问题，通过问题回答生成用户指定 的数控机床的专用后置处理器。用户只需要具有机床操作知识和NC编程知识，就能编出满意的 专用后置处理器。当所提供的数据库不能满足用户的要求时，它提供的开发器允许用户进行修 改和编译。因此可以按照数控机床的功能建立一个关系数据库，每个功能如何实现，由用户根 据机床的结构、使用的数控系统指定控制的代码及代码结构。 (3）专家系统功能：后置处理器不只是对刀具路径文件进行处理、转换，还要能加入一定的工 艺知识。如高速加工的处理、加工丝杠时切削参数的选择等。 (4）反向仿真功能：以NC代码指令集及其相应参数设置为信息源的仿真。它包括两部分： NC程序的主体结构检查和NC程序语法结构检查；数控加工过程仿真。以NC程序为基础，模拟仿 真加工过程，判断运动轨迹的正确性及加工参数的合理性。 不同结构的机床、不同的数控系统、不同的编程习惯，其NC程序的结构和格式千差万别。 因此，反向仿真难度非常大。目前，尚未有较成熟的商品性软件。 综上所述，要使所生成的数控程序不经手工修改，直接应用于数控机床加工，则必须针对 每一台数控机床定制专用的后置处理器。这就要求开发人员熟悉所用的CAM系统及所生成的刀 具路径文件的格式、熟悉所用数控机床及其数控系统代码功能及其表述格式，而这一工作是智 力密集和劳动密集兼而有之的过程。当面临的CAM系统众多，机床及其数控系统众多的情况 下，从头开发专用后置处理器的工作就显得相当繁重。因此，近年来出现了以开发通用后置处 理器为基础，应用数控代码导向等相关技术定制数控机床专用后置处理器的做法，用通用后置 处理器解决共性问题，用定制后置处理器解决个性问题。实践表明，这是一种有效的方法。该 院应用这一方法从1996年起，陆续开发定制了包括龙门式五面加工中心、龙门式立式加工中 心、卧式柔性加工单元、立式加工中心、数控车床、车削中心等多种类型机床的十种专用后置 处理器，数控系统包括FANUC、TOSNUC、MITSUBISH、A2100、A850、MAZAK等，覆盖了该院的产 品和使用的数控设备，并在工程应用中取得了良好的效果。其中，对三轴带回转工作台的卧式 加工中心、五面加工中心的专用后置处理器的开发，建立了该类结构机床的后置处理结构模 型，积累了开发的经验。以下简要介绍该院应用通用后置处理器定制开发用于 HC800/FANUC-15MA的专用后处理器的方法： * 使用的定制开发软件.Pro/E 的NCPOST模块。该模块为加拿大ICAM技术公司生产的ICAM通 用后置处理开发器。 * 使用的CAM软件.Pro/E的CAM模块。应用Pro/E的CAM模块，设计加工环境，进行模拟加工 仿真，生成刀具路径文件。 * NC程序应用对象.卧式加工中心HC800。该机床为日本日立精机公司制造生产，配备X 、Y、Z三条直线轴，一个回转工作台，一个容量为120把刀的链状刀库，六个交换托 盘；控制系统为FANUC-15MA主要用于箱体类零件的加工。 (1)首先了解机床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式（手动还 是自动）。 (2)机床配备的数控系统，熟悉该系统的NC编程包括功能代码的组成、含义，是否有不同于 ISO-1056-1975标准的代码格式。 (3)应用通用后置处理器导向模板，根据以上掌握的知识，逐条回答模板提出的问题，定制专 用后置处理器。通用后置处理器根据外界输入的信息，调用其内部数据库模型，经判断、排 列、组合后，生成用户要求的专用后置处理器。 应用按此方法定制的HC800/FANUC-15MA专用后置处理器处理刀具路径文件，生成的NC程序 约80%可用，还有20%需作进一步开发。 (4)当通用后置处理器提供的数据模型不能全部满足用户的要求，或者用户需要优化处理NC程 序时，则应用开发软件修改数据库模型。这就需要开发人员掌握CAM模块的使用方法，掌握刀 具路径文件的格式，并具备软件开发和加工工艺方面的经验。 本专用后置处理器应用的机床为配备一个回转工作台的三轴卧式加工中心，工作台回转不 能参与切削运动。机床配备六个交换托盘，可实现托盘的自动交换。刀库为链状结构，容量为 120把刀的，在加工的同时可预选下一把刀具。在Pro/E的CAM模块和NCPOST模块中均无此类机 床的数据库模型。为完善该专用后置处理器，使其自动生成的NC程序不再需要人工做修改，可 对CAM模块的加工环境参数进行特定的设置，并用NCPOST模块的开发语言进行宏程序编制，建 立此类机床的数据模型。为优化生成的NC程序，用宏程序修改通用后置处理器内部数据输出结 构。如：NC程序中用到的所有工件坐标系与机床坐标系的数值关系，可在NC程序开头自动设 置，数控机床可直接辩识，不需手工输入；工作台回转前，主轴头退回最远；换刀前输出刀具 名称等。 经过上述工作所定制的专用后置处理器生成的NC程序已用于该院的主导产品VMC750B 30101主轴箱体的加工，加工出的零件全部满足图纸要求。此外，他们在Pro/E的CAD/CAM集成 软件环境下，可以实现反向仿真功能。 目前商品化的通用后置处理器，加拿大ICAM公司的CAM-POST软件具有典型性。该软件可以 覆盖国内外流行的90%以上的CAD/CAM软件和90%以上的NC系统，功能较强。它可以读取所覆盖 的CAD/CAM软件所生成的刀具路径文件，定制所覆盖的NC系统的专用后置处理器，它主要分为 如下两部分： （1）QUEST:数据库模板系统。 数据库模板中包含各种类型的机床及控制系统可能遇到的问题及解决的方法。用户根据