模具型面數控加工自動化編程開發范文

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摘要:快速計算優質、高效且穩定的模具型面數控加工刀具路徑是當前模具制造領域的重要問題。以汽車覆蓋件拉延凸模型面數控加工為研究對象，分析并優化其加工工藝，固化數控加工工步及其參數，基于PowerMILL和易語言軟件開發了模具型面數控加工自動化編程系統。實際使用證明，該系統可以有效地積累工藝知識，提高編程效率，保持切削質量的穩定性。

關鍵詞:汽車覆蓋件;模具型面;數控加工;自動編程

大型汽車覆蓋件模具型面的特點表現為數據模型容量大、細小結構眾多、以三維空間曲面為主，而且對表面質量(主要包括表面粗糙度、加工紋理、表面材料物理化學性質變化等)要求嚴格［1－2］。這些要求直接導致模具型面的加工周期過于漫長。為了縮短模具型面的加工周期，在硬件方面，高速數控加工機床在模具生產領域被廣泛應用［3－4］。然而在軟件方面，通用的商品化數控加工自動編程系統面向各種加工對象和全部的加工材料，軟件在追求通用性時，往往就不太可能兼顧到專用。在汽車覆蓋件模具切削加工領域，使用的加工材料、刀具以及機床一般是比較單一、特定和明確的，如毛坯材料多為HT300，刀具材質一般是硬質合金，機床尺寸和功率明確等等。在工藝系統各要素的參數規格都明確的情況下，使用通用CAM系統來編制不同零件的加工程序，往往存在大量重復性工作，如設置進給和轉速、切寬、切深、公差和行距等等［5－6］。由于通用CAM軟件并不面向某一專門產品，刀具路徑質量幾乎完全由編程員的經驗與技巧決定，在編程領域存在的比較突出的問題還包括刀具路徑的質量還有很大提升空間、模具型面數控加工編程周期長、易出錯、不利于編程員流動后本企業數控加工工藝知識的積累和保留等等。因此，在通用CAM軟件基礎上，開發專門面向模具型面的、內含專用加工工藝參數的數控加工自動化編程系統具有重要經濟價值。本課題首先對模具型面的加工工藝進行分析，確定工步及編程參數，然后在PowerMILL編程系統中逐步設計出全部工步并查找出對應的指令，在易語言編程系統中，設計自動化編程系統交互界面，鏈接Power-MILL編程指令，最后調試模具型面數控加工自動化編程系統，經測試效果良好。

1大型汽車覆蓋件模具型面加工工藝分析

工藝系統的4個要素即工件、夾具、刀具和機床在很大程度上決定了模具型面的加工工藝路線。在生產實踐中，對于同一個覆蓋件拉延模具型面，不同的生產加工企業的加工工藝路線可能會有差別，因此，在開發面向模具型面的數控加工自動化編程系統之前，有必要弄清楚特定企業特定覆蓋件拉延模具型面的加工工藝路線。為開發出內含專用加工工藝參數的自動化編程系統，在調查工藝路線時，必須細化落實到每一切削工步的進給、轉速、切寬、切深以及公差、余量等全部編程參數［2］。表1為某模具公司加工某型車身頂棚外板拉延模具凸模型面的加工工藝路線。

2開發自動化編程系統

當前，在機械切削加工領域，主流的通用商品化數控加工自動編程系統包括PowerMILL、Cimtron、NXCAM以及MasterCAM等軟件，這些軟件均提供了成熟的刀具路徑計算策略，包括用戶界面和計算方法，這就為開發面向專門加工對象的自動化編程系統提供了基礎和條件。在通用的商品化CAM系統基礎上開發自動化編程系統的技術路線可以概括為，使用通用程序設計語言設計專用自動化編程系統的用戶對話界面，描繪規范化的加工工藝流程，在CAM系統與專用自動化編程系統之間建立起工藝流程中每一工步計算參數的聯系。技術路線圖可以表達為圖1。 本文使用國產通用程序設計語言———易語言進行程序設計。易語言以簡體中文作為程序代碼進行編程操作，全可視化編程，支持所見即所得程序界面設計和程序流程編碼，支持OCX組件、TypeLib類型庫、操作系統API、JAVA類。使用通用CAM系統———Power-MILL規劃加工工步并計算各步刀具路徑。PowerMILL軟件是目前市面上用戶增長率最快的2～5維高速數控加工自動編程系統，具有安全高效、易學易用等特點，廣泛應用于各類模具切削加工領域。使用PowerMILL和易語言軟件開發快速專用數控加工自動編程系統的詳細流程如圖2。以開發頂棚外板拉延凸模型面加工自動化編程系統工步一“檢測加工范圍”為例，詳細命令操作過程如下:①在PowerMILL軟件中，打開命令查看窗口，查看PowerMILL軟件運行的各項指令。②調用計算檢測加工范圍刀路的策略———參考線精加工策略，逐一設置計算檢測型面刀路的各項參數。③復制計算檢測型面刀路的全部指令到記事本。④在易語言軟件的模塊引用功能中，添加Power-MILL接口模塊。⑤新建工步一“檢測加工范圍”接鈕。⑥在“檢測加工范圍”接鈕對應的代碼區，輸入“連接PowerMILL窗口()”指令，然后將記事本中的代碼粘貼到“向PowerMILL窗口發送信息(“”)”的括號中，子程序名如圖3所示。該子程序其對應的代碼如下。⑦調試程序功能，對一些參數進行優化。設計的頂棚外板拉延凸模型面加工自動化編程系統界面如圖4所示。在實際使用該系統時，先打開PowerMILL數控編程系統，完成輸入模型、計算安全高度等必要的前期工作，然后打開自動化編程系統，根據實際情況選擇所需要的加工工步，使用計算刀具路徑功能即可快速計算出模具型面的數控加工刀具路徑。該自動化編程系統應用于國內某模具制造有限公司的一款車頂棚外覆蓋件拉延凸模數控編程中，有效節約編程工時6h，同時極大地提高了刀路質量的穩定性。根據此思路開發的整車驗證模型五軸數控加工自動化編程系統應用于新開發車型驗證模型的數控編程，有效節約編程工時6.5h。

3結語

模具型面數控加工自動化編程系統能有效地積累工廠工藝知識和經驗，更有利于優化工藝方案中的不足之處，且可以更改不合理的參數。自動化編程系統面向專門零件的加工編程，簡單有效，有利于獲得質量穩定的加工刀具路徑，即便編程人員流動之后，新入職人員也可以通過使用該系統快速地成為有經驗的編程技術人員。同時，該系統在有效地提高零件的編程效率，節約工時方面，具有巨大的經濟價值。自動化編程系統存在著進一步提升的空間，下一步的工作包括參數的優化、提高系統的人機交互性能等等。

參考文獻

［1］馬賀威，姜偉.汽車覆蓋件模具數控加工工藝［J］.金屬加工:冷加工，2011(4):46－47.

［2］王利成，陳幼平.汽車覆蓋件模具數控加工刀具軌跡規劃系統［J］.江漢石油學院學報，2000(2):47－49.

［3］楊興.大型汽車覆蓋件模具加工機床的選型及應用［J］.世界制造技術與裝備市場，2016(6):88－93.

［4］趙建峰，楊征宇，汪欄.汽車外覆蓋件模具高速切削工藝規劃研究［J］.現代制造工程，2010(3):76－79.

［5］朱克憶.汽車覆蓋件拉延模具成型曲面五軸聯動加工工藝研究［J］.制造技術與機床，2014(9):49－51.

［6］張宏武，朱林.典型汽車覆蓋件模具的數控加工工藝研究［J］.模具制造，2011(7):75－78.

作者：朱克憶 單位：湖南大學汽車車身先進設計制造國家重點實驗室