基于策略的智能化數(shù)控銑程序編制技術(shù)研究

李鐵鋼

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

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基于策略的智能化數(shù)控銑程序編制技術(shù)研究

李鐵鋼

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

摘要：在Edgecam軟件中研究了基于策略的數(shù)控程序智能自動(dòng)化編程問(wèn)題，提出了策略的編程流程，論述了加工策略定制的關(guān)鍵技術(shù)。最后，以某典型零件的加工實(shí)例證明了該方法的有效性，實(shí)現(xiàn)了制造的智能化和快速化，為其他產(chǎn)品的智能編程提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：策略加工；智能化編程；特征識(shí)別；策略定制； Edgecam

數(shù)控加工代表先進(jìn)制造的發(fā)展方向，數(shù)控程序決定數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。現(xiàn)在廣泛采用的數(shù)控程序編制模式是圖形交互式編程，需要先制定工藝規(guī)劃，而后定義幾何元素和刀具，輸入切削參數(shù)和數(shù)據(jù)，頻繁交互選擇元素，點(diǎn)擊鼠標(biāo)、菜單和選項(xiàng)，操作繁瑣且容易出錯(cuò)；編程中的刀具、夾具、毛坯等數(shù)據(jù)需要重復(fù)錄入，編程效率低下，程序容易出錯(cuò)，編程需要個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)，程序的可移植性差。

Edgecam軟件可以實(shí)現(xiàn)基于策略模式的編程方法，在數(shù)控銑、數(shù)控車(chē)和數(shù)控車(chē)銑復(fù)合等加工編程領(lǐng)域，可讀入主流格式的實(shí)體模型數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)特征識(shí)別、加工策略應(yīng)用，可智能和自動(dòng)化地編制數(shù)控加工程序，減少了數(shù)據(jù)的交互輸入，提高了數(shù)控程序的編制效率[1-2]。

1基于策略的編程流程

策略，亦稱為加工策略，是流程化和智能化的加工工藝模板。策略應(yīng)用時(shí)將產(chǎn)生特征的加工指令，指令根據(jù)策略的代碼設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)定的材料和特征屬性等條件進(jìn)行智能加工?；诓呗阅Ｊ降募删幊塘鞒倘鐖D1所示，以制造特征識(shí)別為基礎(chǔ)，編程高度智能化，就是“讀入模型→選擇機(jī)床→選擇夾具→應(yīng)用策略→生成程序”的簡(jiǎn)單操作[3-4]。

圖1　基于策略模式的編程流程

基于策略的智能編程首先需要進(jìn)行制造特征識(shí)別，特征識(shí)別方法有2種，即手動(dòng)特征識(shí)別和自動(dòng)特征識(shí)別，特征包括車(chē)削特征、銑削特征和孔特征等3大類(lèi)。銑削特征包括開(kāi)放形腔、開(kāi)放區(qū)域、2D外形、2D形腔、平域特征和平緩區(qū)域特征等；車(chē)削特征包括外圓輪廓、前端面輪廓、后端面輪廓、溝槽、螺紋和鏜削特征等[5]。

特征識(shí)別完成后，在Edgecam的規(guī)劃板中應(yīng)用定制好的加工策略.rmb文件，將產(chǎn)生加工工序指令集。系統(tǒng)可以自動(dòng)匹配策略執(zhí)行，也可以針對(duì)具體的特征手動(dòng)制定單一策略文件應(yīng)用執(zhí)行。Edgecam具有一些通用的標(biāo)準(zhǔn)策略，能夠滿足絕大多數(shù)的編程需求，也能夠通過(guò)策略管理器專(zhuān)門(mén)定制策略實(shí)現(xiàn)客戶需求。

Edgecam具有豐富的二次開(kāi)發(fā)工具，可以利用系統(tǒng)自帶的程序命令接口語(yǔ)言PCI(Program Command Interface)和程序編制開(kāi)發(fā)工具PDI(Programmer Development Interface)進(jìn)行客戶程序開(kāi)發(fā)。其中，PCI為解釋型的文本語(yǔ)言，是批處理形式的執(zhí)行命令，基本語(yǔ)法以JAVASCRIPT語(yǔ)言為載體，集成專(zhuān)用的Edgecam命令，主要用來(lái)執(zhí)行系統(tǒng)定義的功能菜單操作；PDI為編譯型的語(yǔ)言，利用C#、C++和VB.NET等語(yǔ)言為載體，基于.NET 架構(gòu)，用于讀寫(xiě)核心數(shù)據(jù)庫(kù)信息，利用CAD/CAM的內(nèi)核開(kāi)發(fā)復(fù)雜的加工操作，可編譯生成DLL庫(kù)文件或.EXE文件。

2策略定制

加工策略定制是策略編程的核心，策略定制通過(guò)策略管理器實(shí)現(xiàn)。策略管理器是集成的圖形化語(yǔ)言編輯環(huán)境，是將機(jī)床、刀具、夾具、制造特征和工序JOB等連接起來(lái)構(gòu)建基于“工藝流”的制造模式工具。加工策略的實(shí)質(zhì)是一個(gè)制造工藝流程圖，稱為策略流程圖，是一種形象化的圖形語(yǔ)言，可直觀地表示制造流程，由節(jié)點(diǎn)(Node)和連接(Link)等組成，具體元素如表1所示。

新建策略流程圖時(shí)，開(kāi)始節(jié)點(diǎn)自動(dòng)出現(xiàn)在流程圖編輯窗口，策略管理器中的輸入數(shù)據(jù)組有Feature(零件特征)、Tool(刀具)、Job(作業(yè))、Machine(機(jī)床)、Strategy(策略)、User(用戶)和Global(全局)等。每個(gè)數(shù)據(jù)組有若干個(gè)屬性，只有Strategy、User和Global的屬性可以編輯，其他部分由Edgecam傳遞數(shù)據(jù)，不可編輯。Strategy組存放策略的注釋信息；User組定義策略內(nèi)使用的屬性，可用于數(shù)據(jù)和判斷節(jié)點(diǎn)的表達(dá)式使用；Global組定義多個(gè)策略使用的屬性，可用于數(shù)據(jù)和判斷節(jié)點(diǎn)的表達(dá)式使用。通過(guò)在修改符表達(dá)式中使用User屬性，當(dāng)數(shù)據(jù)流過(guò)不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，由于表達(dá)式內(nèi)User屬性值發(fā)生改變，同一進(jìn)程的不同進(jìn)程節(jié)點(diǎn)可以生成不同的指令參數(shù)。

表1　典型策略元素

Feature組和Tool組內(nèi)的屬性字段同在Edgecam中定義的特征變量要一致，其屬性的類(lèi)型有整型、實(shí)型、字符型和枚舉型等。特征變量可以使用數(shù)學(xué)表達(dá)式、邏輯表達(dá)式和數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

進(jìn)程是Edgecam中的加工工序元操作指令，由一系列的修改符及具體數(shù)據(jù)所組成。策略管理器中的進(jìn)程來(lái)自Edgecam系統(tǒng)的定義操作，通過(guò)在Edgecam中輸出，而后粘貼于策略管理器中，在策略管理器中作為策略流程圖的節(jié)點(diǎn)使用。

在定制策略時(shí)，首先要定制好加工工藝規(guī)劃，而后按照規(guī)劃，通過(guò)拖拉相關(guān)的數(shù)據(jù)組于流程圖界面，連接節(jié)點(diǎn)，定義變量屬性，對(duì)屬性賦值，定義流程圖，最后檢查策略的有效性，完成策略的定制。

在進(jìn)程瀏覽器窗口中，可以單擊進(jìn)程，選擇快捷菜單的增加PCI命令和增加PDI命令選項(xiàng)來(lái)添加PCI和PDI程序。利用SetPCIvar()和Ger PCIvar()可設(shè)置和取得系統(tǒng)PCI變量。

在策略中定義刀具進(jìn)程時(shí)，刀具的來(lái)源有刀具箱、刀具庫(kù)和新定義這3種方式。在進(jìn)程瀏覽器中利用換刀指令修改符實(shí)現(xiàn)，依據(jù)設(shè)置的換刀修改符和刀具庫(kù)的參數(shù)匹配實(shí)現(xiàn)換刀，可以通過(guò)布置過(guò)濾器改變過(guò)濾修改符的優(yōu)先權(quán)。為確定選擇的刀具是否來(lái)源于Edgecam刀具庫(kù)，則測(cè)試屬性Tool.Name是否為空，為空時(shí)則刀具不來(lái)自于Edgecam刀具庫(kù)。

3應(yīng)用實(shí)例

以數(shù)控銑削加工平板類(lèi)零件為例，零件的上下底面為平面，零件具有孔，制定的總體加工工藝規(guī)劃如下：

1)零件先粗加工，再精加工；

2)先粗加工外形，再粗加工型腔，后精加工外形，再精加工內(nèi)形，最后加工孔；

3)刀具利用Edgecam的SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)選擇刀具。

具體的外形粗加工定義策略流程如圖2所示，可以通過(guò)不同的顏色區(qū)別顯示節(jié)點(diǎn)信息。

在流程圖中，節(jié)點(diǎn)Delete PCI Vars用于刪除發(fā)生干擾的PCI變量；Sequence Mark用于設(shè)置工序標(biāo)記進(jìn)程；Rollback Sequence為回滾工序進(jìn)程，如果當(dāng)前選擇的刀具同主軸上安裝的刀具相同，則不需要重新定義刀具，需要回退到進(jìn)程執(zhí)行前的狀態(tài)；Clear Mark為清除標(biāo)記進(jìn)程，用來(lái)清除以前的設(shè)置和現(xiàn)在無(wú)用的進(jìn)程。

圖2　外形粗加工定義策略流程

在加工參數(shù)設(shè)定節(jié)點(diǎn)中，判斷條件為當(dāng)Feature.Mill.Top-Feature.Mill.Bottom>5時(shí)，其中Feature.Mill.Top為銑削特征的上表面，F(xiàn)eature.Mill.Bottom為銑削特征的下表面，即零件的上下表面距離大于5 mm時(shí)，使用波浪線加工方法，否則使用分層粗加工方式。

在刀具參數(shù)設(shè)定節(jié)點(diǎn)中，可以智能選擇刀具。如果屬性Feature.Mill.MinXYRadius<10，則加工選擇的銑刀直徑User.Diameter=10；如果屬性Feature.Mill.MinXYRadius>=10，則有User.Diameter=20。

選擇的典型零件為角盒類(lèi)零件，材料為7050-T3，零件外廓尺寸為200×100×20，自動(dòng)特征識(shí)別后，應(yīng)用策略加工最后生成的數(shù)控程序編制時(shí)間為75 s。

4結(jié)語(yǔ)

Edgecam軟件基于策略的編程模式開(kāi)創(chuàng)了數(shù)控編程的新時(shí)代。通過(guò)制造特征自動(dòng)識(shí)別、策略定制開(kāi)發(fā)并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)便捷的客戶定制工具，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控程序編制的“一鍵”智能化，能夠適應(yīng)制造業(yè)的快速響應(yīng)需求，為客戶提供全新快捷的數(shù)控程序編制解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]韓慶瑤，韓芝龍，路世強(qiáng).基于 EdgeCAM 的數(shù)控加工技術(shù)在模具加工中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2009，37(6)：214-216.

[2]李鐵鋼.基于Edgecam的梯形螺紋數(shù)控編程技術(shù)研究[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，12(1)：83-86.

[3]李鐵鋼.基于UG Postbuilder的五軸后置處理器設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2009，31(10):72-74.

[4]李鐵鋼.基于Edgecam的電極自動(dòng)化編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2015，37(1)：127-129.

[5]李鐵鋼.基于UG的后置處理和加工仿真研究[J].工具技術(shù)，2012，46(468)：30-32.

(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇魏靜敏)

Intelligent CNC Programming Method for Strategy Milling

LI Tie-gang

(School of Mechanical Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：The method of automatic CNC programming based on strategy in Edgecam software was presented.Firstly,the flowchart of strategy was proposed,and then the key technology of machining strategy planning was studied.Finally,the case study used by machining in an enterprise validated the proposed method,which provided reference for the programming intelligently and rapidly in other products.

Key words：Strategy milling; Intelligent CNC programming; feature recognition; strategy planning; Edgecam

中圖分類(lèi)號(hào)：TP659

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2016)02-0178-04

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.018

作者簡(jiǎn)介：李鐵鋼(1973-)，男，遼寧沈陽(yáng)人，副教授，碩士。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50975043)；遼寧省博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(20141096)

收稿日期：2016-02-28