一種小批量多品種零件數(shù)控編程方法

井平安，郭巍，楊建新，李睿，陳遠(yuǎn)洋

（清華大學(xué) 基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京100084）

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的種類越來(lái)越豐富，尤其是某種受歡迎的產(chǎn)品，會(huì)延伸出同類的、具有部分相似的產(chǎn)品。這種同類的、相似度較高的產(chǎn)品，在使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)制造過(guò)程中，按照傳統(tǒng)的編程模式[1]，需要根據(jù)每個(gè)零件的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析，制定相應(yīng)的加工工藝，然后對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行相應(yīng)的編程。這種傳統(tǒng)方法消耗時(shí)間長(zhǎng)，需要做大量的重復(fù)性的工作。同理，在高校數(shù)控銑實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，要求同學(xué)們按照所提供的統(tǒng)一毛坯，進(jìn)行同一方向的個(gè)性化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后，在編程加工的過(guò)程中會(huì)做大量重復(fù)性的動(dòng)作，因此根據(jù)實(shí)際需求，依據(jù)所用編程軟件，制作相應(yīng)的加工模板，提高同類、不同零件的編程效率，降低人工成本[2]。

1 零件結(jié)構(gòu)分析與編程

1.1 編程軟件簡(jiǎn)介

本文采用北京精雕集團(tuán)開(kāi)發(fā)的SurfMill 7.0數(shù)控編程軟件進(jìn)行數(shù)控程序的編寫，SurfMill7.0是一款優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)編程軟件，一般與北京精雕數(shù)控機(jī)床配套使用，所編寫的程序也可利用其它機(jī)床進(jìn)行加工。

1.2 零件結(jié)構(gòu)分析

下面以我校銑削實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目—印章的銑削加工為例。零件模型如圖1所示，零件尺寸為15 mm×15 mm×45 mm。按照常規(guī)零件的編程思路[3]，根據(jù)單一印章的特點(diǎn)，需要對(duì)該零件進(jìn)行四面加工，分別為頂部弧面、兩側(cè)面圓孔和印章底部印文部分，因銑削教學(xué)實(shí)訓(xùn)時(shí)間限制，對(duì)印章頂部弧面和兩側(cè)面圓孔，規(guī)定成統(tǒng)一樣式，印章印文部分，讓學(xué)生在印章底部范圍內(nèi)進(jìn)行自由設(shè)計(jì)，因此根據(jù)印章設(shè)計(jì)要求，三面需加工表面統(tǒng)一批量加工，印章最重要的底部印文需單獨(dú)加工。印章底部印文造型部分的加工，因?yàn)樽寣W(xué)生們自由設(shè)計(jì)，每個(gè)印章所設(shè)計(jì)的印文內(nèi)容均不相同，如按照傳統(tǒng)數(shù)控編程方式，每個(gè)印章底部印文部分不能進(jìn)行批量編程，需要對(duì)每個(gè)印章進(jìn)行單獨(dú)編程[4]。

圖1 印章模型

1.3 零件編程

根據(jù)上面所分析的零件特點(diǎn)，印章底部印文編程過(guò)程（以陽(yáng)文印文為例）為：首先在Surfmill軟件2D繪制模式下，繪制想要加工的印文圖案或文字，然后將其放在15 mm×15 mm的正方形框架內(nèi)，如果需要制作的是陽(yáng)文印章，則需要將外框向內(nèi)等距0.6 mm，以便作為外邊框；然后選擇字體樣式，輸入文字內(nèi)容，調(diào)整文字大小和位置；文字調(diào)整完畢，將整個(gè)圖案通過(guò)變換并入Surfmill軟件3D造型模式下，調(diào)整圖案，使得加工坐標(biāo)系創(chuàng)建在印章下表面中心位置；然后對(duì)印文進(jìn)行整體鏡像，以便印文印出的文字為正的，然后進(jìn)入Surfmill軟件加工模式下，對(duì)印章印文部分進(jìn)行編程，編程過(guò)程中，首先建立刀具表，根據(jù)印章加工特點(diǎn)，確定使用φ8 mm的平底刀和30°、0.2 mm的錐度平底刀進(jìn)行加工，建立所選刀具后，按照實(shí)際毛坯大小進(jìn)行毛坯設(shè)置，設(shè)置毛坯大小為15 mm×15 mm×45 mm, 利用單線切割模式，將毛坯表面銑削掉0.5 mm，利用單線切割編程時(shí)，根據(jù)所選刀具直徑利用輔助路徑進(jìn)行編程；對(duì)印文部分編程時(shí)，使用區(qū)域切割模式進(jìn)行編程，選中需要加工的區(qū)域，設(shè)置加工參數(shù)，進(jìn)行模擬加工計(jì)算，然后對(duì)所編寫程序進(jìn)行模擬加工，模擬加工沒(méi)有問(wèn)題，則進(jìn)行程序輸出，程序輸出后即可在真實(shí)機(jī)床上進(jìn)行加工。印章的印文部分加工路徑如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建加工路徑

1.4 問(wèn)題分析

上面所述為單個(gè)印章印文的編程過(guò)程，但是對(duì)不同印章，這類小批量多品種零件在利用Surfmill進(jìn)行編程時(shí)，按上面?zhèn)鹘y(tǒng)編程模式，需要對(duì)每個(gè)零件都進(jìn)行坐標(biāo)系建立、路徑設(shè)置等編程過(guò)程?；蛘呖梢圆捎媚Ｐ吞鎿Q的方法，直接將已經(jīng)編程好的文件，保存為默認(rèn)escam格式文件，復(fù)制到Surfmill3D環(huán)境打開(kāi)，在3D模式下，直接刪除原模型，輸入新的3D模型，然后處理模型，更換加工域,重新計(jì)算路徑。利用Surfmill的這兩種傳統(tǒng)數(shù)控編程模式，第一種消耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需要對(duì)每個(gè)零件都建立坐標(biāo)系、進(jìn)行路徑設(shè)置，需要進(jìn)行大量重復(fù)性動(dòng)作；第二種模型替換的編程模式，需要對(duì)文件進(jìn)行拷貝替換，在拷貝文件時(shí)候，文件容易損壞，或者在輸入新的模型時(shí)，因軟件識(shí)別原因，模型的輸入格式受到限制。因此以上兩種利用Surfmill進(jìn)行編程的傳統(tǒng)編程模式，都不適合小批量多品種零件的編程，都制約著小批量多品種零件的編程效率。

2 項(xiàng)目模板建立和使用

針對(duì)利用Surfmill對(duì)小批量多品種編程所遇到的問(wèn)題，利用數(shù)控編程軟件Surfmill提供的項(xiàng)目模板功能，將某個(gè)模型所規(guī)劃好的所有路徑或單條路徑作為項(xiàng)目模板，在后期加工同類或同特征的新零件時(shí)，直接調(diào)用項(xiàng)目模板，不需要再對(duì)新零件進(jìn)行新的路徑規(guī)劃，能大大縮短后期同類或同特征零件的編程時(shí)間，提高加工效率[5-6]。

2.1 項(xiàng)目模板建立

以印章為例，介紹下路徑組項(xiàng)目模板建立過(guò)程。如圖3所示，針對(duì)已經(jīng)編好程序，設(shè)置好加工參數(shù)的一個(gè)印章，選中所要作為模板的路徑組→加工項(xiàng)目→保存為路徑模板。針對(duì)印章銑削加工編程過(guò)程，建立印章模板，命名為印章模板（陰或陽(yáng)）。

圖3 保存項(xiàng)目模板

不只是整個(gè)加工路徑組可以建立模板，單個(gè)路徑也可以建立模板，單個(gè)路徑模板建立（如圖4）：加工模式下→刀具平面→右鍵→路徑模板→添加→添加單條路徑模板→設(shè)置參數(shù)→確定。

圖4 單路徑項(xiàng)目模板

2.2 項(xiàng)目模板的使用

在加工同類零件時(shí)，調(diào)入零件模型后，進(jìn)入加工模式，點(diǎn)擊項(xiàng)目→應(yīng)用項(xiàng)目模板→加載需要的項(xiàng)目模板→確定，如圖5所示。單個(gè)路徑調(diào)用模板為刀具平面→右鍵→路徑模板→選擇已添加的單條路徑模板→確定。

圖5 加載項(xiàng)目模板

在加載項(xiàng)目模板后，所對(duì)應(yīng)的路徑組不能直接使用，還需要對(duì)模板里的加工區(qū)域進(jìn)行重新選擇，通過(guò)右鍵選擇加工域，然后選擇加工路徑下需要加工的區(qū)域，所有路徑選擇完成后，進(jìn)行重新計(jì)算（如圖6、圖7），計(jì)算完畢后即得到所需零件的加工路徑，然后對(duì)零件加工路徑進(jìn)行輸出，編程結(jié)束。單個(gè)路徑調(diào)用路徑模板后，也需要對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行重新選擇，選擇后進(jìn)行路徑重算。單個(gè)路徑模板的使用范圍比路徑組模板使用范圍更廣，路徑組模板可供小量、多品種零件使用，而單個(gè)路徑模板，無(wú)論零件是否相似，只要零件材質(zhì)、加工要求相同，那么只需要2個(gè)零件具有相同的1個(gè)或幾個(gè)特征，針對(duì)其1個(gè)或幾個(gè)特征可以使用單條路徑模板，大大節(jié)約編程時(shí)間。

圖6 重新計(jì)算前結(jié)果

圖7 重新計(jì)算后結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控編程中項(xiàng)目模板的使用，使數(shù)控編程人員在編制小量、多品種、相似度較高的零件程序時(shí)，不需要再對(duì)零件進(jìn)行路徑規(guī)劃[7]，節(jié)省了大量的編程時(shí)間。項(xiàng)目模板在復(fù)雜零件編程時(shí)，也同樣適用，在相似復(fù)雜零件（三軸、多軸）編程過(guò)程中，只需高級(jí)編程人員設(shè)定好項(xiàng)目模板[8]，具有初級(jí)或中級(jí)能力的數(shù)控編程人員只需調(diào)用模板，替換項(xiàng)目模板中的加工區(qū)域，就能得到所需的數(shù)控加工程序，順利完成相似復(fù)雜零件的編程；同時(shí)利用單個(gè)路徑模板[9]功能，針對(duì)不同類零件，只要其某1個(gè)或多個(gè)特征相似，也可以直接調(diào)用單個(gè)路徑模板，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，減少了數(shù)控編程中錯(cuò)誤的發(fā)生，提高了編程效率，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。