模具型面数控加工自动化编程开发范文

摘要:快速计算优质、高效且稳定的模具型面数控加工刀具路径是当前模具制造领域的重要问题。以汽车覆盖件拉延凸模型面数控加工为研究对象，分析并优化其加工工艺，固化数控加工工步及其参数，基于PowerMILL和易语言软件开发了模具型面数控加工自动化编程系统。实际使用证明，该系统可以有效地积累工艺知识，提高编程效率，保持切削质量的稳定性。

关键词:汽车覆盖件;模具型面;数控加工;自动编程

大型汽车覆盖件模具型面的特点表现为数据模型容量大、细小结构众多、以三维空间曲面为主，而且对表面质量(主要包括表面粗糙度、加工纹理、表面材料物理化学性质变化等)要求严格［1－2］。这些要求直接导致模具型面的加工周期过于漫长。为了缩短模具型面的加工周期，在硬件方面，高速数控加工机床在模具生产领域被广泛应用［3－4］。然而在软件方面，通用的商品化数控加工自动编程系统面向各种加工对象和全部的加工材料，软件在追求通用性时，往往就不太可能兼顾到专用。在汽车覆盖件模具切削加工领域，使用的加工材料、刀具以及机床一般是比较单一、特定和明确的，如毛坯材料多为HT300，刀具材质一般是硬质合金，机床尺寸和功率明确等等。在工艺系统各要素的参数规格都明确的情况下，使用通用CAM系统来编制不同零件的加工程序，往往存在大量重复性工作，如设置进给和转速、切宽、切深、公差和行距等等［5－6］。由于通用CAM软件并不面向某一专门产品，刀具路径质量几乎完全由编程员的经验与技巧决定，在编程领域存在的比较突出的问题还包括刀具路径的质量还有很大提升空间、模具型面数控加工编程周期长、易出错、不利于编程员流动后本企业数控加工工艺知识的积累和保留等等。因此，在通用CAM软件基础上，开发专门面向模具型面的、内含专用加工工艺参数的数控加工自动化编程系统具有重要经济价值。本课题首先对模具型面的加工工艺进行分析，确定工步及编程参数，然后在PowerMILL编程系统中逐步设计出全部工步并查找出对应的指令，在易语言编程系统中，设计自动化编程系统交互界面，链接Power-MILL编程指令，最后调试模具型面数控加工自动化编程系统，经测试效果良好。

1大型汽车覆盖件模具型面加工工艺分析

工艺系统的4个要素即工件、夹具、刀具和机床在很大程度上决定了模具型面的加工工艺路线。在生产实践中，对于同一个覆盖件拉延模具型面，不同的生产加工企业的加工工艺路线可能会有差别，因此，在开发面向模具型面的数控加工自动化编程系统之前，有必要弄清楚特定企业特定覆盖件拉延模具型面的加工工艺路线。为开发出内含专用加工工艺参数的自动化编程系统，在调查工艺路线时，必须细化落实到每一切削工步的进给、转速、切宽、切深以及公差、余量等全部编程参数［2］。表1为某模具公司加工某型车身顶棚外板拉延模具凸模型面的加工工艺路线。

2开发自动化编程系统

当前，在机械切削加工领域，主流的通用商品化数控加工自动编程系统包括PowerMILL、Cimtron、NXCAM以及MasterCAM等软件，这些软件均提供了成熟的刀具路径计算策略，包括用户界面和计算方法，这就为开发面向专门加工对象的自动化编程系统提供了基础和条件。在通用的商品化CAM系统基础上开发自动化编程系统的技术路线可以概括为，使用通用程序设计语言设计专用自动化编程系统的用户对话界面，描绘规范化的加工工艺流程，在CAM系统与专用自动化编程系统之间建立起工艺流程中每一工步计算参数的联系。技术路线图可以表达为图1。 本文使用国产通用程序设计语言———易语言进行程序设计。易语言以简体中文作为程序代码进行编程操作，全可视化编程，支持所见即所得程序界面设计和程序流程编码，支持OCX组件、TypeLib类型库、操作系统API、JAVA类。使用通用CAM系统———Power-MILL规划加工工步并计算各步刀具路径。PowerMILL软件是目前市面上用户增长率最快的2～5维高速数控加工自动编程系统，具有安全高效、易学易用等特点，广泛应用于各类模具切削加工领域。使用PowerMILL和易语言软件开发快速专用数控加工自动编程系统的详细流程如图2。以开发顶棚外板拉延凸模型面加工自动化编程系统工步一“检测加工范围”为例，详细命令操作过程如下:①在PowerMILL软件中，打开命令查看窗口，查看PowerMILL软件运行的各项指令。②调用计算检测加工范围刀路的策略———参考线精加工策略，逐一设置计算检测型面刀路的各项参数。③复制计算检测型面刀路的全部指令到记事本。④在易语言软件的模块引用功能中，添加Power-MILL接口模块。⑤新建工步一“检测加工范围”接钮。⑥在“检测加工范围”接钮对应的代码区，输入“连接PowerMILL窗口()”指令，然后将记事本中的代码粘贴到“向PowerMILL窗口发送信息(“”)”的括号中，子程序名如图3所示。该子程序其对应的代码如下。⑦调试程序功能，对一些参数进行优化。设计的顶棚外板拉延凸模型面加工自动化编程系统界面如图4所示。在实际使用该系统时，先打开PowerMILL数控编程系统，完成输入模型、计算安全高度等必要的前期工作，然后打开自动化编程系统，根据实际情况选择所需要的加工工步，使用计算刀具路径功能即可快速计算出模具型面的数控加工刀具路径。该自动化编程系统应用于国内某模具制造有限公司的一款车顶棚外覆盖件拉延凸模数控编程中，有效节约编程工时6h，同时极大地提高了刀路质量的稳定性。根据此思路开发的整车验证模型五轴数控加工自动化编程系统应用于新开发车型验证模型的数控编程，有效节约编程工时6.5h。

3结语

模具型面数控加工自动化编程系统能有效地积累工厂工艺知识和经验，更有利于优化工艺方案中的不足之处，且可以更改不合理的参数。自动化编程系统面向专门零件的加工编程，简单有效，有利于获得质量稳定的加工刀具路径，即便编程人员流动之后，新入职人员也可以通过使用该系统快速地成为有经验的编程技术人员。同时，该系统在有效地提高零件的编程效率，节约工时方面，具有巨大的经济价值。自动化编程系统存在着进一步提升的空间，下一步的工作包括参数的优化、提高系统的人机交互性能等等。

参考文献

［1］马贺威，姜伟.汽车覆盖件模具数控加工工艺［J］.金属加工:冷加工，2011(4):46－47.

［2］王利成，陈幼平.汽车覆盖件模具数控加工刀具轨迹规划系统［J］.江汉石油学院学报，2000(2):47－49.

［3］杨兴.大型汽车覆盖件模具加工机床的选型及应用［J］.世界制造技术与装备市场，2016(6):88－93.

［4］赵建峰，杨征宇，汪栏.汽车外覆盖件模具高速切削工艺规划研究［J］.现代制造工程，2010(3):76－79.

［5］朱克忆.汽车覆盖件拉延模具成型曲面五轴联动加工工艺研究［J］.制造技术与机床，2014(9):49－51.

［6］张宏武，朱林.典型汽车覆盖件模具的数控加工工艺研究［J］.模具制造，2011(7):75－78.

作者：朱克忆 单位：湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室