基于車削特征的編程助手系統(tǒng)開發(fā)

鄧集松

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

0 引言

數(shù)控加工程序的編制是進(jìn)行數(shù)控加工的關(guān)鍵。隨著數(shù)控車削加工的廣泛應(yīng)用，數(shù)控車削加工程序中大量使用車削循環(huán)和參數(shù)宏程序。目前，國(guó)內(nèi)外CAM軟件大多只能對(duì)零件進(jìn)行常規(guī)程序編制，不能實(shí)現(xiàn)宏程序、固定循環(huán)編制要求，市面上還沒有輸出車削循環(huán)的CAM軟件。傳統(tǒng)方式下的編程質(zhì)量主要取決于編程員個(gè)人的熟練程度和編程經(jīng)驗(yàn)，增加了產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定因素，因此迫切需要一種簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效、標(biāo)準(zhǔn)的基于車削特征的編程助手系統(tǒng)，固化編程格式，提高編程效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

1 系統(tǒng)開發(fā)的概述

通過對(duì)車床主流的FANUC系統(tǒng)建立車削特征的數(shù)控編程助手系統(tǒng)，總結(jié)編程經(jīng)驗(yàn)和成果，改變過去粗放式的數(shù)控程序編制模式，以標(biāo)準(zhǔn)、簡(jiǎn)捷、固定的編程格式指導(dǎo)生產(chǎn)，通過固化程序來(lái)減少人為編程錯(cuò)誤，提高首件調(diào)試合格率，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高數(shù)控機(jī)床利用率，避免因參數(shù)、字母輸入錯(cuò)誤或系統(tǒng)不兼容、程序不規(guī)范等問題而導(dǎo)致零件不合格。

2 系統(tǒng)開發(fā)的主要內(nèi)容與關(guān)鍵問題

該系統(tǒng)使用自動(dòng)編程技術(shù)和零件特征編程技術(shù)，綜合了先進(jìn)的加工解決方案，以FANUC系統(tǒng)的固定循環(huán)及專用宏程序?yàn)樗{(lán)本，用C++語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)[1-2]，用控制系統(tǒng)的代碼將不同的零件特征部位快速表達(dá)出來(lái)。系統(tǒng)開發(fā)的主要內(nèi)容如下：1）根據(jù)目前典型零件的特點(diǎn)，收集典型零件的加工要素；2）根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)和加工能力對(duì)零件特征進(jìn)行分組、分類處理，提取關(guān)鍵要素；3）根據(jù)不同的控制系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)特征的加工步驟進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)刀具規(guī)格、刀具軌跡、程序格式等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；4）根據(jù)控制系統(tǒng)，編制基于零件特征的參數(shù)化程序；5）利用C++語(yǔ)言開發(fā)數(shù)控編程界面[2]；6）對(duì)不同加工特征進(jìn)行加工驗(yàn)證，同時(shí)收集問題，解決特征編程庫(kù)中存在的問題；7）將特征編程庫(kù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)其加工程序進(jìn)行進(jìn)一步修正，以切實(shí)達(dá)到提高編程效率、減少人為編程錯(cuò)誤、實(shí)現(xiàn)程序標(biāo)準(zhǔn)化的目的。

需要解決的關(guān)鍵問題如下：1）零件特征的確定與收集；2）系統(tǒng)整體規(guī)劃方案及設(shè)定；3）功能模塊的劃分及設(shè)定；4）實(shí)現(xiàn)最終系統(tǒng)代碼的設(shè)計(jì)；5）驗(yàn)證編程助手所編制程序的正確性。

3 基于車削特征的數(shù)控程序編制助手系統(tǒng)

基于車削特征的數(shù)控程序編制助手系統(tǒng)是編程員在數(shù)控車削程序編制過程中的一種輔助工具軟件，目前市場(chǎng)上專業(yè)CAM軟件無(wú)法自動(dòng)生成宏程序和實(shí)現(xiàn)固定循環(huán)等功能，該軟件彌補(bǔ)了這一不足。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化編程步驟，該系統(tǒng)以調(diào)用刀具為單位，對(duì)各程序段進(jìn)行了模塊化分割，編程人員在操作過程中只需要根據(jù)加工思路對(duì)應(yīng)相應(yīng)的零件特征，便可對(duì)該特征參數(shù)進(jìn)行輸入，最后得到加工該特征所需要的NC程序代碼[3-4]。

3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

基于車削特征的數(shù)控程序編制助手系統(tǒng)不僅要通過對(duì)操作系統(tǒng)和零件特征的選擇進(jìn)行NC程序編制，而且還要實(shí)現(xiàn)同系統(tǒng)不同格式代碼輸入、多個(gè)相同特征同時(shí)輸入、特征參數(shù)輸入糾錯(cuò)等功能。因此，該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：1）采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，建立完整統(tǒng)一的參數(shù)輸入模型，保證數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輔助唯一性和可跟蹤性；2）設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易學(xué)實(shí)用的功能模塊，如零件特征選擇、多控制點(diǎn)位輸入及參數(shù)輸入防錯(cuò)設(shè)計(jì)等模塊；3）具有可擴(kuò)展性，能添加新的零件特征，同時(shí)在不影響內(nèi)部計(jì)算機(jī)制的情況下，現(xiàn)有操作界面功能和零件特征、加工系統(tǒng)等都能方便地?cái)U(kuò)充。

3.2 實(shí)現(xiàn)方案

1）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。針對(duì)典型加工的零件及編程員工作所需，從零件的典型結(jié)構(gòu)特征、機(jī)床特點(diǎn)、工藝統(tǒng)一的角度進(jìn)行成組化處理，提取關(guān)鍵工藝特征要素，形成特征要素庫(kù)，通過總結(jié)工藝知識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)編程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)特征的加工步驟進(jìn)行優(yōu)化，建立各種特征要素的加工程序庫(kù)，然后以零件的加工特征和加工系統(tǒng)為條件進(jìn)行判別，彈出所需加工特征的參數(shù)輸入界面，再根據(jù)用戶輸入的參數(shù)值直接輸入NC程序代碼[4]。2）系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)。該軟件功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能圖

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

為了方便數(shù)控程序管理，在每個(gè)數(shù)控程序前均需要輸入數(shù)控程序名稱、圖號(hào)及工序號(hào)。此外，對(duì)于特定的數(shù)控機(jī)床和零件加工（如圖2），其安全位置和換刀點(diǎn)均為一常量，所以本系統(tǒng)設(shè)置了公共參數(shù)設(shè)置區(qū)域。在進(jìn)行程序編制過程中，數(shù)控編程員需要對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和加工特征進(jìn)行選擇，特征要素主要有外輪廓、內(nèi)輪廓、螺紋、孔、槽等，這幾類特征分別有各自的加工特性和代碼生成方式。數(shù)控編程員輸入公共參數(shù)、選擇合適的加工特征后，點(diǎn)擊確定按鈕，即可對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行輸入。

圖2 特征選擇頁(yè)面

進(jìn)入零件特征界面后（如圖3），數(shù)控編程員只需根據(jù)提示在各相應(yīng)文本框處輸入相對(duì)應(yīng)的參數(shù)、對(duì)應(yīng)的特征坐標(biāo)點(diǎn)，即可通過系統(tǒng)邏輯分析和后置運(yùn)算處理得出相對(duì)應(yīng)的NC程序。同時(shí)，本系統(tǒng)還開發(fā)了輪廓編輯系統(tǒng)，編程員只需輸入各特征點(diǎn)，即可預(yù)覽輪廓形狀，并得出最終的輪廓程序代碼。由于本系統(tǒng)對(duì)所有加工要素都進(jìn)行了模塊化分割，所以在最終編譯出加工程序前，編程員可以在程序塊調(diào)整區(qū)調(diào)整各特征塊的加工順序，在預(yù)覽程序無(wú)誤后最終生成數(shù)控加工程序。

圖3 特征對(duì)話式編程界面

3.4 關(guān)鍵技術(shù)

1）零件NC程序的編譯。NC程序輸出是本系統(tǒng)的核心，在編程員輸入各項(xiàng)參數(shù)后，再通過后置系統(tǒng)邏輯判斷和后臺(tái)運(yùn)算即可得到數(shù)控程序。以螺紋加工為例，正確輸入刀號(hào)、轉(zhuǎn)速、精車次數(shù)、退刀距離等數(shù)據(jù)后，即可生成數(shù)控程序。

2）零件輪廓建立。在數(shù)控車程序編制過程中，要想使用宏程序或固定循環(huán)加工輪廓，必須要用適當(dāng)?shù)姆绞较劝演喞绦虮磉_(dá)出來(lái)，所以本系統(tǒng)根據(jù)目前數(shù)控程序標(biāo)準(zhǔn)格式，制定了輪廓建立方案，通過輸入點(diǎn)、線、圓弧等參數(shù)就可以完全實(shí)現(xiàn)輪廓建立。同時(shí)，該輪廓以模塊方式保存于系統(tǒng)中，可供粗加工、精加工共同使用，以自動(dòng)生成程序段號(hào)的方式區(qū)分不同輪廓，能大大降低數(shù)控車程序編制工作量。

3）零件加工順序調(diào)整。在加工或者程序調(diào)試過程中，編程人員有可能對(duì)零件加工順序進(jìn)行調(diào)整，本系統(tǒng)對(duì)零件加工部位進(jìn)行模塊化劃分，并可以根據(jù)編程人員需求進(jìn)行隨意順序調(diào)換，減少了人為操作中的失誤。

3.5 人性化及防錯(cuò)設(shè)計(jì)

1）遵循界面簡(jiǎn)捷、美觀大方、人機(jī)交互友好的原則。本軟件的界面分為參數(shù)示意圖、注意事項(xiàng)提示欄、程序格式選擇欄、參數(shù)輸入欄、坐標(biāo)輸入欄和NC代碼顯示欄等6部分。把每個(gè)參數(shù)都配上代碼解釋和文字解釋，對(duì)于參數(shù)相對(duì)較多的特征，根據(jù)使用需要配上參數(shù)示意圖，幫助程序員理解參數(shù)含義。

2）為了簡(jiǎn)化操作，本系統(tǒng)把部分需要手工輸入的參數(shù)設(shè)置成單選框，再通過單選框給變量賦固定值，不僅能減少輸入數(shù)據(jù)的工作量，還能有效防止參數(shù)輸入錯(cuò)誤。且每?jī)蓚€(gè)相鄰輸入框之間只需要使用Tab鍵就可以進(jìn)行切換輸入，大幅度提高了參數(shù)輸入的效率。

3）參數(shù)輸入格式檢查。由于各項(xiàng)參數(shù)需要手工輸入，對(duì)各參數(shù)值的輸入進(jìn)行了限定，防止輸入框中輸入內(nèi)容錯(cuò)誤。

4）將輸入數(shù)字四舍五入。由于大部分機(jī)床都只能識(shí)別3位小數(shù)，所以需要在離開輸入框以后對(duì)輸入的參數(shù)進(jìn)行四舍五入，以防止因位數(shù)過多而導(dǎo)致機(jī)床無(wú)法識(shí)別。

5）根據(jù)輸入?yún)?shù)間的關(guān)系進(jìn)行防錯(cuò)。在編程過程中，各項(xiàng)參數(shù)都存在相互限制的關(guān)系，如在設(shè)置安全位置時(shí)，換刀點(diǎn)和安全位置必須在零件毛坯以外，否則會(huì)發(fā)生機(jī)床碰撞等情況。所以必須按照實(shí)際情況對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行限制，才能保證生成的NC程序正確可用。

4 使用情況

為了驗(yàn)證本軟件的實(shí)用性、正確性和高效性，通過編制典型零件程序，進(jìn)行了外形、螺紋、鉆孔、切槽等加工驗(yàn)證，不僅編程速度明顯加快，一次調(diào)試合格率也明顯提高，取得了良好的效果，大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備、調(diào)試時(shí)間，提高了調(diào)試合格率，達(dá)到降本增效的目標(biāo)。

5結(jié)論

采用該系統(tǒng)編制的NC程序均為固定循環(huán)或成熟的宏程序，程序簡(jiǎn)捷，在調(diào)試過程中方便進(jìn)行調(diào)整和修改，減少人為錯(cuò)誤，提高首件調(diào)試合格率，編程效率提高30%以上，該系統(tǒng)是第一款以參數(shù)編程為主導(dǎo)的電腦終端編程軟件，創(chuàng)造了數(shù)控車削程序編制的新模式。