基于PowerMILL的汽車覆蓋件模具結構面智能化編程二次開發(fā)

黃志江， 李 成， 甘達淅， 向小漢， 蒙以嫦， 韋彥少， 郭彩端

（1.柳州職業(yè)技術學院 機電工程學院， 廣西 柳州 545006；2.柳州福臻車體實業(yè)有限公司， 廣西 柳州 545006）

0 引 言

模具是用于高效且大批量生產工業(yè)產品中有關零部件的工具，是制造業(yè)中不可或缺的基礎工藝裝備，被譽為“工業(yè)之母”。 模具制造水平不僅是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標，而且在較大程度上決定該國工業(yè)產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力。模具工業(yè)的高速發(fā)展可給予制造業(yè)強有力的支撐，模具工業(yè)的產業(yè)帶動比例約為1∶100，即模具產業(yè)發(fā)展1億元，可帶動相關產業(yè)發(fā)展100億元。

近年來，政府先后頒布了一系列產業(yè)政策和中長期發(fā)展規(guī)劃，支持汽車模具行業(yè)做大做強。汽車生產商為保持競爭優(yōu)勢，更好地滿足消費者的需求，不斷提升產品更新?lián)Q代的速度，新車型的開發(fā)周期和原有車型的改款周期逐漸縮短，這為汽車模具行業(yè)發(fā)展提供更大的市場空間。

1 汽車模具結構面加工存在的問題及處理方法

汽車覆蓋件模具結構面的加工主要是指模具鑲件安裝面、背托（也稱擋墻）、導板安裝面及導滑面、凸（凹）臺面、U型槽、快速定位槽、特征孔（如導柱導套孔）等2D平面的加工，結構面的加工需要編程，傳統(tǒng)的編程方式有現(xiàn)場數(shù)控操作員手動編程和編程員利用軟件編程。手動編程存在安全風險且加工效率低，質量不可控，易造成加工質量差和安全事故。為了提高數(shù)控加工質量和加工效率，結構面編程盡可能采用軟件編程。但是軟件編程也存在風險，主要包括4點：①鑄件變形量大，與編程用的三維圖紙并不完全一致，如鑲件安裝面與理論圖紙的非加工面存在5 mm左右徑向偏差，與圖紙的加工面也存在10～15 mm的軸向加工余量；②結構設變，消失模泡沫模型沒有整改到位，造成鑄件與圖紙誤差大；③加工工藝凸臺（如拉深凸模分模線處均勻分布4個工藝凸臺，以方便加工底面）位置、尺寸沒有體現(xiàn)在加工圖紙上；④鑄造工藝缺陷、鑄造變形造成的誤差等，如果完全按照理論圖紙尺寸編程加工，會造成撞刀甚至撞機事故的發(fā)生，即使沒有發(fā)生撞刀撞機事故，也會有走空刀現(xiàn)象，加工效率低。因此加工余量的不可控，使得數(shù)控操作員不敢按程序加工，給操作員造成心理壓力。在編制結構面程序時，必須使用實際鑄件毛坯進行編程，后處理生成NC程序后，再用NCBrain軟件對NC程序進行檢查和優(yōu)化，自動在余量大的區(qū)域增加分層加工刀路、刪除走空刀的程序段或切換成快速略過，經過處理的NC程序就可以安全地進行數(shù)控加工，如圖1所示。實踐證明：經過實際毛坯余量編程和NCBrain檢查及優(yōu)化程序后可以實現(xiàn)模具結構面自動化加工，避免質量事故的發(fā)生，提高加工效率和設備利用率，降低數(shù)控操作員勞動強度。

圖1 NCBrain檢查和優(yōu)化程序

鑄件毛坯的余量一般通過掃描技術獲取數(shù)據，常用的方法有白光掃描和鑄件拍照，采用拍照方式采集的數(shù)據效率高，拍照人員以模具底面、凸臺面為基準貼點進行拍照，如圖2所示，取點云數(shù)據，編程員把點云與圖紙對齊后導入NCBrain中，生成鑄件毛坯（留做檢查G代碼程序），再導出STL格式到PowerMILL軟件進行編程，保證毛坯余量與實際一致。

圖2 鑄件拍照

2 模具結構面編程加工思路

模具結構面中的鑲件安裝面、背托、凸臺和導板安裝面需要分開加工，遵循從上到下、從陡峭面到平緩面、從外到內的加工策略，同時考慮非加工面的干涉問題。另外還需考慮加工精度及加工效率，刀具應該優(yōu)先使用短刀加工再用長刀加工，采用分層（Z軸等高切削）順銑加工和插銑加工相結合的方式。粗加工刀具選用雙魔新干線HF型銑刀D63R3、精加工刀具選用方肩銑刀D63R0.8，如圖3所示。

圖3 雙魔新干線銑刀

2.1 鑲件安裝面和背托的編程加工

鑲件安裝面和背托余量方向不同，安裝面的加工余量是軸向余量而背托是徑向余量，為了提高加工效率、避免加工干涉，加工順序：先分層順銑背托至鑲件安裝面，即背托粗加工徑向余量0.3 mm，軸向余量10 mm（因鑄件余量為10 mm），再進行安裝面3D環(huán)繞粗加工，軸向余量0.3 mm，徑向余量1 mm（刀桿干涉背托面），最后再進行平行往復半精加工和精加工。為了保證加工面的垂直度和平面度，精加工策略設置為背托采用雙向插銑方式、鑲件安裝面采用平行往復加工方式。注意軸向余量和徑向余量設置，如精加工背托時徑向余量為0、軸向余量為0.5 mm，加工安裝面時徑向余量為0.5 mm，軸向余量為0，以使刀具受力均勻。

2.2 凸臺編程加工

模具結構面上的安全凸臺、平衡塊（到底墊塊）安裝凸臺等，一般采用平行往復粗銑和精銑加工，若凸臺周邊有非加工面，為避免干涉，編程時徑向余量留7 mm，其它切削參數(shù)不變。

2.3 導板安裝面或導板導滑面編程加工

導板面垂直度要求高，為保證加工精度又兼顧加工效率，粗加工采用Z向分層順銑加工，半精銑和精銑采用插銑方式加工。

2.4 孔類結構面編程加工

導柱導套孔、彈簧安裝孔等大圓孔優(yōu)先用φ40 mm方肩刀Z向分層粗加工，提供鏜孔精加工程序；對凹模套等小孔，根據孔的尺寸分別采用φ25、φ16、φ12 mm方肩刀Z向分層粗加工，提供鏜孔精加工程序。

2.5 U型槽與定位面及鍵槽等結構面的編程加工

U型槽、快速定位面、鍵槽等結構面優(yōu)先采用φ25、φ16 mm方肩刀Z向分層加工，鍵槽2D輪廓采用φ16 mm超硬刀加工，余量為-0.03 mm。

3 智能化編程系統(tǒng)設計與開發(fā)

根據上述編程加工思路，制定了針對模具零件不同加工特征、加工工藝、刀具參數(shù)和編程策略建立與加工面相對應的編程模板，創(chuàng)建機床加工仿真數(shù)據庫、刀具數(shù)據庫。利用visual basic.net使用接口函數(shù)PowerSolutionDOTNetOLE.dll文件對Power?MILL進行二次開發(fā)，可實現(xiàn)對PowerMILL軟件的控制及智能化編程，編程系統(tǒng)結構如圖4所示。

圖4 智能編程系統(tǒng)結構

3.1 系統(tǒng)界面設計

模具結構面有底面和正面加工兩部分，為了在同一個項目文件中編制一個模具零件的加工程序，如上模座，需要底面和正面一起編制，設計的操作界面如圖5所示。

圖5 智能編程系統(tǒng)界面

結構面中不同的加工部位都有相對應的編程窗口，加工參數(shù)設置為企業(yè)規(guī)定的加工工藝要求，包括加工刀具、加工方式、切削余量等，轉速進給在編程模板中設置好，編程員只需要點擊“執(zhí)行”和“計算”按鈕即可自動生成粗加工、半精加工和精加工程序（若需要可勾選），并把程序分別放在粗銑機床和精銑機床的目錄下，如圖6所示。

圖6 自動生成的加工程序

3.2 使用visual basic.net開發(fā)方法

二次開發(fā)需要使用PowerSolutionDOTNetOLE.dll作為開發(fā)控件，該控件可用于任何.Net語言中，以Microsoft Visual Studio 2010作為開發(fā)環(huán)境對Pow?erMILL2018進行二次開發(fā)。在開發(fā)環(huán)境的“解決方案資源管理器”中添加引用的控件PowerSolution?DOTNetOLE.dl，即可對PowerMILL進行開發(fā)，會用到較多函數(shù)，具體可以查看幫助文件，比如使用con?nect函數(shù)連接PowerMILL，可以先通過IMPORTS語句指定類：

在編程界面中，可以根據工藝要求和編程思路添加按鈕、選項、下拉列表和文本框等代碼，開發(fā)者需要有一定的VB.NET編程知識，再結合工作需要就可以編寫適合企業(yè)要求的功能。

圖5中導板加工的方式有Z向分層加工和單層加工2個選項，分層加工一般用D63R0.8方肩刀進行多刀加工，單層加工一般用D50立銑刀加工，一般默認使用D63R0.8方肩刀加工，針對這個選項的編程代碼如下：

智能化編程系統(tǒng)分不同的功能界面，每個界面都有不同要求的按鈕、選項、下拉列表等，需要針對其要求編寫代碼，最終實現(xiàn)智能化編程，提高編程工作效率。

4 結束語

基于PowerMILL的汽車覆蓋件結構面智能化編程的二次開發(fā)是根據企業(yè)數(shù)控加工工藝、現(xiàn)有數(shù)控設備、加工刀具、模具類型等要求的研究，設計開發(fā)了智能化編程系統(tǒng)，創(chuàng)建了刀具庫、機床仿真數(shù)據庫、編程模板和常用加工策略，把加工刀具、加工參數(shù)和機床數(shù)據融入系統(tǒng)中，編程員只需要分圖層對應放置加工面，即可實現(xiàn)數(shù)控編程的智能化和自動化，對模具加工技術的發(fā)展有現(xiàn)實意義，有效提高編程工作效率和加工效率，降低用工成本和加工成本，避免人為因素造成的質量事故，給企業(yè)帶來較好的經濟效益。