一種小批量多品種零件數控編程方法

井平安，郭巍，楊建新，李睿，陳遠洋

（清華大學 基礎工業訓練中心，北京100084）

0 引言

隨著科技的不斷發展，產品的種類越來越豐富，尤其是某種受歡迎的產品，會延伸出同類的、具有部分相似的產品。這種同類的、相似度較高的產品，在使用數控機床進行生產制造過程中，按照傳統的編程模式[1]，需要根據每個零件的特點來進行分析，制定相應的加工工藝，然后對每個零件進行相應的編程。這種傳統方法消耗時間長，需要做大量的重復性的工作。同理，在高校數控銑實訓過程中，要求同學們按照所提供的統一毛坯，進行同一方向的個性化設計，設計完成后，在編程加工的過程中會做大量重復性的動作，因此根據實際需求，依據所用編程軟件，制作相應的加工模板，提高同類、不同零件的編程效率，降低人工成本[2]。

1 零件結構分析與編程

1.1 編程軟件簡介

本文采用北京精雕集團開發的SurfMill 7.0數控編程軟件進行數控程序的編寫，SurfMill7.0是一款優秀的國產編程軟件，一般與北京精雕數控機床配套使用，所編寫的程序也可利用其它機床進行加工。

1.2 零件結構分析

下面以我校銑削實訓教學項目—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。按照常規零件的編程思路[3]，根據單一印章的特點，需要對該零件進行四面加工，分別為頂部弧面、兩側面圓孔和印章底部印文部分，因銑削教學實訓時間限制，對印章頂部弧面和兩側面圓孔，規定成統一樣式，印章印文部分，讓學生在印章底部范圍內進行自由設計，因此根據印章設計要求，三面需加工表面統一批量加工，印章最重要的底部印文需單獨加工。印章底部印文造型部分的加工，因為讓學生們自由設計，每個印章所設計的印文內容均不相同，如按照傳統數控編程方式，每個印章底部印文部分不能進行批量編程，需要對每個印章進行單獨編程[4]。

圖1 印章模型

1.3 零件編程

根據上面所分析的零件特點，印章底部印文編程過程（以陽文印文為例）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，如果需要制作的是陽文印章，則需要將外框向內等距0.6 mm，以便作為外邊框；然后選擇字體樣式，輸入文字內容，調整文字大小和位置；文字調整完畢，將整個圖案通過變換并入Surfmill軟件3D造型模式下，調整圖案，使得加工坐標系創建在印章下表面中心位置；然后對印文進行整體鏡像，以便印文印出的文字為正的，然后進入Surfmill軟件加工模式下，對印章印文部分進行編程，編程過程中，首先建立刀具表，根據印章加工特點，確定使用φ8 mm的平底刀和30°、0.2 mm的錐度平底刀進行加工，建立所選刀具后，按照實際毛坯大小進行毛坯設置，設置毛坯大小為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，根據所選刀具直徑利用輔助路徑進行編程；對印文部分編程時，使用區域切割模式進行編程，選中需要加工的區域，設置加工參數，進行模擬加工計算，然后對所編寫程序進行模擬加工，模擬加工沒有問題，則進行程序輸出，程序輸出后即可在真實機床上進行加工。印章的印文部分加工路徑如圖2所示。

圖2 創建加工路徑

1.4 問題分析

上面所述為單個印章印文的編程過程，但是對不同印章，這類小批量多品種零件在利用Surfmill進行編程時，按上面傳統編程模式，需要對每個零件都進行坐標系建立、路徑設置等編程過程。或者可以采用模型替換的方法，直接將已經編程好的文件，保存為默認escam格式文件，復制到Surfmill3D環境打開，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,重新計算路徑。利用Surfmill的這兩種傳統數控編程模式，第一種消耗時間過長，需要對每個零件都建立坐標系、進行路徑設置，需要進行大量重復性動作；第二種模型替換的編程模式，需要對文件進行拷貝替換，在拷貝文件時候，文件容易損壞，或者在輸入新的模型時，因軟件識別原因，模型的輸入格式受到限制。因此以上兩種利用Surfmill進行編程的傳統編程模式，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 項目模板建立和使用

針對利用Surfmill對小批量多品種編程所遇到的問題，利用數控編程軟件Surfmill提供的項目模板功能，將某個模型所規劃好的所有路徑或單條路徑作為項目模板，在后期加工同類或同特征的新零件時，直接調用項目模板，不需要再對新零件進行新的路徑規劃，能大大縮短后期同類或同特征零件的編程時間，提高加工效率[5-6]。

2.1 項目模板建立

以印章為例，介紹下路徑組項目模板建立過程。如圖3所示，針對已經編好程序，設置好加工參數的一個印章，選中所要作為模板的路徑組→加工項目→保存為路徑模板。針對印章銑削加工編程過程，建立印章模板，命名為印章模板（陰或陽）。

圖3 保存項目模板

不只是整個加工路徑組可以建立模板，單個路徑也可以建立模板，單個路徑模板建立（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→設置參數→確定。

圖4 單路徑項目模板

2.2 項目模板的使用

在加工同類零件時，調入零件模型后，進入加工模式，點擊項目→應用項目模板→加載需要的項目模板→確定，如圖5所示。單個路徑調用模板為刀具平面→右鍵→路徑模板→選擇已添加的單條路徑模板→確定。

圖5 加載項目模板

在加載項目模板后，所對應的路徑組不能直接使用，還需要對模板里的加工區域進行重新選擇，通過右鍵選擇加工域，然后選擇加工路徑下需要加工的區域，所有路徑選擇完成后，進行重新計算（如圖6、圖7），計算完畢后即得到所需零件的加工路徑，然后對零件加工路徑進行輸出，編程結束。單個路徑調用路徑模板后，也需要對加工區域進行重新選擇，選擇后進行路徑重算。單個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，而單個路徑模板，無論零件是否相似，只要零件材質、加工要求相同，那么只需要2個零件具有相同的1個或幾個特征，針對其1個或幾個特征可以使用單條路徑模板，大大節約編程時間。

圖6 重新計算前結果

圖7 重新計算后結果

3 結語

數控編程中項目模板的使用，使數控編程人員在編制小量、多品種、相似度較高的零件程序時，不需要再對零件進行路徑規劃[7]，節省了大量的編程時間。項目模板在復雜零件編程時，也同樣適用，在相似復雜零件（三軸、多軸）編程過程中，只需高級編程人員設定好項目模板[8]，具有初級或中級能力的數控編程人員只需調用模板，替換項目模板中的加工區域，就能得到所需的數控加工程序，順利完成相似復雜零件的編程；同時利用單個路徑模板[9]功能，針對不同類零件，只要其某1個或多個特征相似，也可以直接調用單個路徑模板，降低了企業生產成本，減少了數控編程中錯誤的發生，提高了編程效率，在企業實際生產過程中，具有較強的實用性。