任何數(shù)控加工只要能夠用宏程序完整地表達(dá)，即使再復(fù)雜，其程序篇幅都非常有限，可以說任何一個(gè)比較合理、優(yōu)化的宏程序，極少會超過60行，換算成字節(jié)數(shù)，至多不過2KB。一方面，宏程序天生短小精悍，即使是最廉價(jià)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，其內(nèi)部程序存儲空間再小也會有個(gè)10KB左右(FANUC 0i系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置一般為128KB或256KB，其他常見的數(shù)控系統(tǒng)也與此大體相仿)，完全容納得下任何“龐大”的宏程序，因此根本無需考慮機(jī)床與外部電腦的傳輸速度對實(shí)際加工速度的影響(事實(shí)上還沒有什么數(shù)控系統(tǒng)或DNC軟件支持以DNC方式運(yùn)行宏程序來進(jìn)行在線加工)。

　　另一方面，為了對復(fù)雜的加工運(yùn)動進(jìn)行描述，宏程序必然會最大限度地使用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的各種指令代碼，例如直線插補(bǔ)G01指令、圓弧(螺旋)插補(bǔ)G02/G03 指令等，因此機(jī)床在執(zhí)行宏程序時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可以直接進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)算速度極快，伺服電動機(jī)響應(yīng)快，機(jī)床反應(yīng)迅速，加工效率極高。

　　而對于CAD/CAM軟件生成的程序，情況則要復(fù)雜得多!下面筆者將結(jié)合自己多年使用CAD/CAM軟件的心得與經(jīng)驗(yàn)，對此進(jìn)行比較深入、詳細(xì)的闡述。

　　首先，CAD/CAM軟件生成的程序通常都比較大，非常容易就突破機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部程序存儲空問的限制(通俗地說就是系統(tǒng)裝不下程序)，因此一般來說，除了相對簡單的孔系加工、二維輪廓或口袋加工以外，其余絕大部分程序都不得不以DNC方式進(jìn)行在線加工，顯然機(jī)床與電腦之間的傳輸速度成為了影響加工速度的第一個(gè)“瓶頸”因素。除了那些機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)置硬盤、或機(jī)床與電腦之間以FDDI、以太網(wǎng)等形式進(jìn)行組網(wǎng)的新型數(shù)控機(jī)床(主要是高速加工機(jī)床)之外，目前凡是運(yùn)用CAD/CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程的數(shù)控銑/加工中心絕大多數(shù)都是通過RS232口的串口通信來實(shí)現(xiàn)DNC在線加工的。

　　絕大多數(shù)主流的中檔數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0M、0i，三菱M52、M64，西門子8021)、810D等，系統(tǒng)所支持的RS232口最大傳輸速度(即波特率Baud rate)基本上都是19200，而大多數(shù)DNC軟件(如V24，PCIN，AIC等)支持的最大波特率多數(shù)也不過紅19200～38400，即使在 19200的波特率下工作，當(dāng)計(jì)算精度較高、進(jìn)給速度，值又較大(如F1800～F2500)時(shí)，程序傳輸速度往往還是;跟不上機(jī)床的節(jié)拍，在實(shí)際加工中可以看到機(jī)床的進(jìn)給;運(yùn)動有明顯的斷續(xù)、遲滯，對于FANUC系統(tǒng)，即使打開DNC緩沖，或設(shè)置C51.1參數(shù)，也難以有大的改觀。

　　經(jīng)驗(yàn)證明，由于RS232口通信抗干擾能力有限，其傳輸效果實(shí)際上還涉及到傳輸線是否屏蔽良好、是否長度適中、機(jī)床與電腦兩端接地是否良好等，波特率越高，傳輸越不穩(wěn)定，實(shí)際中往往被迫限制在9600甚至更低，如此一來DNC在線方式下的加工效率更打折扣。

　　其次，從用戶使用的層面上說，使用CAD/CAM軟件來生成刀路及程序是非常容易的事，但是剖析CAD/CAM軟件計(jì)算刀路的原理，就知道它存存一定的弊端。在CAD/CAM軟什中，無論構(gòu)造規(guī)則或不規(guī)則的曲面，都有一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，也必然存在著計(jì)算的誤差和處理，而在對其生成三維加工刀路時(shí)，軟件是根據(jù)你選擇的加工方式、設(shè)定的加工參數(shù)，并結(jié)合所設(shè)定的加工誤差(或稱為曲面的計(jì)算精度)，使刀具與加工表面接觸點(diǎn)(相交點(diǎn)或相切點(diǎn))逐點(diǎn)移動完成加工，從本質(zhì)上看，其實(shí)就是在允許的誤差值范圍內(nèi)沿每條路徑用直線去逼近曲面的過程。

　　這樣任意曲面自然都能對付，而且也是完全合理的做法，但是在加工規(guī)則曲面如球面時(shí)，工藝上就出現(xiàn)了一些問題。由于CAD/CAM軟件構(gòu)造曲面的底層數(shù)學(xué)模型所限，也由于CAD/CAM軟件對曲面生成刀路的逼近原理所限，在走事實(shí)上真正的整圓或圓弧時(shí)，軟件無法智能地判斷這里其實(shí)是“真正的整圓或圓弧”，生成的程序并不是G02/G03指令，而是G01逐點(diǎn)逼近形成的“圓”——可以想象為用正N邊形去逼近一個(gè)圓，只不過這個(gè)N非常巨大而已。如果整圓或圓弧是座落在G18或G19平面內(nèi)，更加沒有機(jī)會生成 G02/G03指令。這也正能解釋為什么CAD/CAM軟件生成的程序“天生”就龐大無比。程序執(zhí)行時(shí)，相鄰的每兩個(gè)逼近點(diǎn)之間數(shù)控系統(tǒng)都要進(jìn)行直線插補(bǔ)運(yùn)算，系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)工作量巨大，反映到機(jī)床上，必然表現(xiàn)為運(yùn)動遲鈍、不連貫。如下圖所示，表面上看起來都是同樣的半球，但是在CAD時(shí)其實(shí)是有多種不同的建模方法，圖1是把ZX平面內(nèi)的一段1/4圓弧作為母線，以Z軸為軸線旋轉(zhuǎn)360º得出的半球曲面;圖2是把XY平面內(nèi)的一段1/2圓弧作為母線，以X軸為軸線旋轉(zhuǎn)180º得出的半球曲面。即使是采用實(shí)體造型(如Pro/E、SolidWorks之類)，在其底層草圖構(gòu)造的數(shù)學(xué)機(jī)理上，也有類似的差別。

　　由此可以看出，兩種情況下構(gòu)成半球曲而的UV流線是截然不同的，各種CAD/CAM軟件在生成半球曲面精加工的刀路時(shí)，也必然存在差別。簡單地說，即使是被業(yè)界普遍認(rèn)為是最杰出的數(shù)控編程軟件之一的Cima-tron軟件，也只有在極少數(shù)情況下(如下面的圖1)，并以Surmill方式(類似與 Mastercam中的曲面流線加工)加工，Cimatron軟件才能判斷出這里其實(shí)是“真正的整圓”，生成的刀路軌跡本身才是“真正的整圓”，后處理出來的程序才都足主要由G02/G03指令構(gòu)成。如果使用srfpkt、3D_step等其他走刀方式，則絕對都是用G01逼近的結(jié)果。

　　再舉另外一個(gè)很簡單的例子，例如用銑刀以螺旋方式加工內(nèi)圓孔，使用宏程序不僅程序非常短，區(qū)區(qū)20行都不到!而且機(jī)床實(shí)際運(yùn)行時(shí)進(jìn)給速度f= 2000mm/min都可以保持非常均勻、快速的螺旋運(yùn)動;而在Cimatron軟件中，即使通過使用外部用戶功能user中的helicprf，雖然也可以生成相似的刀路，但是刀路是根據(jù)給定的誤差值(通常給0.01)用G01逐段逼近的，程序字節(jié)數(shù)根本就是比宏程序大兩個(gè)數(shù)量級，而且即使把整個(gè)程序都存人到機(jī)床的控制器中，機(jī)床實(shí)際運(yùn)行時(shí)速度根本上不去，在F600以下還不明顯，如果F值打到F1200左右，就可以看到機(jī)床在明顯的“顫抖”。

　　對于數(shù)控系統(tǒng)支持NURBS曲線插補(bǔ)的高速機(jī)床來說，如果使用擁有高速加工功能的CAD/CAM軟件來配合編程，當(dāng)然沒有太大的問題;但是對于絕大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)來說始終都是問題。

　　其實(shí)CAD/CAM軟件廠商也不可能沒有意識到這個(gè)問題，事實(shí)上，各個(gè)CAD/CAM軟件也捉供了一些其他途徑來對此加以改善，但都不是在根本上解決先天性的問題，而是在“后天”的環(huán)節(jié)上做文章。眾所周知，CAD/CAM軟件進(jìn)行編程的原理是首先生成一個(gè)僅包含純粹幾何意義的刀位點(diǎn)文件(即刀路軌跡)，這個(gè)過程對于使用者來說往往是后臺的、不透明的，例如Pro/E的CL文件(Cutter Location File)、UG的CLF文件、Mastercam的NCI文件，Cimatron的APT文件等，然后要經(jīng)過一道非常重要的環(huán)節(jié)即后處理，才能生成真證的程序。

　　CAD/CAM軟件所能做的，就是在不改變刀位點(diǎn)文件(即用G01直線逼近曲線的刀路軌跡)的前提下，在后處理上做文章。例如Mastercam軟件后處理的環(huán)節(jié)中，允許使用者設(shè)定最小半徑值和最大半徑值來生成G02/G03指令，其實(shí)就是用G02/G03來逼近(準(zhǔn)確地說應(yīng)是“擬合”)相鄰的若干段直線段，以達(dá)到減少程序字節(jié)，提高機(jī)床實(shí)際運(yùn)行速度的目的。

　　而Cimatron軟件也是采用相似的做法，即使用者不用通常使用的GPP后處理，而是用另外一個(gè)非常專業(yè)的后處理軟件IMs，這是個(gè)第三方軟件，可以外掛在眾多的知名CAD/CAM軟件上運(yùn)行，使用者可以根據(jù)自己的需要度身訂作，設(shè)置最適合自己的后處理選項(xiàng)，不過一般的軟件用戶很少擁有運(yùn)行IMS軟件的權(quán)限。筆者曾經(jīng)在2002年專門針對 Cimatron軟件的GPP和IMS兩種后處理進(jìn)行研究，并在一家臺資模具廠進(jìn)行實(shí)際加工測試和評估，撰。寫過一篇內(nèi)部文章，結(jié)論是：改善較大，但不能從根本上解決。

　　在后處理上做文章有一個(gè)根本的弊端:它并沒有改變、改良或優(yōu)化刀路軌跡本身，只是增加了一個(gè)“二次逼近”的計(jì)算過程，必然會導(dǎo)致額外的誤差積累，也不可能從根本上解決問題。