劉紅軍，李 帥，胡玉輝，郝 博

（1. 沈陽(yáng)理工大學(xué)，沈陽(yáng) 110168；2. 沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽(yáng) 110045）

0 引言

榴彈是炮兵主要常規(guī)武器，其使用量巨大。榴彈彈體的加工效率和精度關(guān)系到榴彈是否能及時(shí)供應(yīng)部隊(duì)以及榴彈命中精確度，對(duì)國(guó)防意義重大，目前各彈箭制造廠已基本采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行彈體加工。數(shù)控加工效率和精度的影響因素較多，其中加工工藝及數(shù)控編程是制約數(shù)控加工效率的主要因素。數(shù)控加工對(duì)加工工藝提出了更高的要求，數(shù)控加工工藝參數(shù)選擇的是否恰當(dāng)對(duì)數(shù)控加工的質(zhì)量和效率有非常大的影響。

與數(shù)控加工工藝相關(guān)的參數(shù)很多，例如起刀點(diǎn)、退刀點(diǎn)、切削方式等，這些基本靠工藝設(shè)計(jì)和編程人員的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)確定。另外對(duì)數(shù)控編程及加工影響較大的是切削用量的確定。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、背吃刀量、進(jìn)給量。對(duì)于不同的加工條件，需要選擇不同的切削用量，并編入程序單內(nèi)，這些參數(shù)的確定對(duì)編程人員的要求更高。

當(dāng)前，各主要彈箭廠家設(shè)計(jì)制造采用的是Pro/E軟件完成，設(shè)計(jì)完成的產(chǎn)品數(shù)字化模型可直接交給CAM，完成數(shù)控程序的生成和加工的仿真。但CAM中前置參數(shù)的給定和輸入需要在多個(gè)頁(yè)面完成，且重復(fù)工作較多。

本文將結(jié)合76榴彈彈體加工為例，介紹數(shù)控加工工藝參數(shù)輔助系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上完成數(shù)控車(chē)削（粗車(chē)、精車(chē)）數(shù)控程序的自動(dòng)生成及其仿真。

1 數(shù)控工藝查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控加工工藝參數(shù)的確定有兩種方法，一種是通過(guò)機(jī)械加工工藝手冊(cè)，根據(jù)不同的切削條件進(jìn)行查表方式獲得；另外一種則是根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)派生的方式獲得。兩種方式各有特點(diǎn)，在產(chǎn)品制造中經(jīng)常用到。為了提高工藝參數(shù)查詢確定效率，本系統(tǒng)提供了基于機(jī)械加工工藝手冊(cè)的切削用量的查詢及基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的查詢及管理兩大模塊。通過(guò)信息處理流程的分析和歸納，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)界面與數(shù)據(jù)庫(kù)之間通過(guò)數(shù)據(jù)錄入及編輯、分類(lèi)查詢機(jī)系統(tǒng)設(shè)置相聯(lián)系。

切削加工方法很多，包括車(chē)削、銑削、鉆削、鏜削、拉削、磨削、精密加工和超精密加工、特種加工、螺紋加工、齒輪加工、花鍵加工等，這里考慮到彈體加工的特點(diǎn)及企業(yè)的需求，僅建立了其中較為常用的鉆、車(chē)削、銑削、螺紋加工的工藝參數(shù)的手冊(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)查詢，以及經(jīng)驗(yàn)值查詢與保存功能。并預(yù)留了幾個(gè)加工方法以供擴(kuò)充。

1.1 Pro/E集成

Pro/E提供了二次開(kāi)發(fā)工具Pro/Toolkit，通過(guò)該工具可采用Visual C++進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。利用Pro/Toolkit技術(shù)將所開(kāi)發(fā)的參數(shù)管理子系統(tǒng)集成到Pro/E軟件中，在利用Pro/E軟件進(jìn)行數(shù)控加工編程時(shí)可很方便的調(diào)用輔助系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的管理及向CAM中參數(shù)的輸入。

本文中采用菜單文件注冊(cè)的方式將自定義菜單添加到Pro/E，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)菜單

1.2 查詢界面的設(shè)計(jì)

采用Visual C++ MFC對(duì)總體界面以及各功能界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖3所示為車(chē)削加工的切削用量查詢及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理界面。其中上半部分為通過(guò)手冊(cè)進(jìn)行查詢，下半部分為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢。界面中包括粗車(chē)、精車(chē)以及切斷和切槽三個(gè)頁(yè)面。通過(guò)該界面指定必要的查詢條件，如粗車(chē)時(shí)，指定工件材料、直徑、車(chē)刀類(lèi)型等即可完成相應(yīng)參數(shù)的檢索。手冊(cè)中進(jìn)給量查詢值為一推薦范圍，這里將推薦范圍列在文本框中供參考，編程人員根據(jù)切削條件的好與差從中選擇一合適的值。

其他加工如銑削、鉆削加工查詢界面與車(chē)削設(shè)計(jì)原理與總體布局基本相似。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇及建立

數(shù)控加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型相對(duì)單一，數(shù)據(jù)關(guān)系不很復(fù)雜，故采用Access作為數(shù)據(jù)庫(kù)工具，將所需數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)里，建立加工余量數(shù)據(jù)庫(kù)及經(jīng)驗(yàn)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

對(duì)于機(jī)械加工工藝手冊(cè)上的數(shù)據(jù)表種類(lèi)較多，結(jié)構(gòu)不完全相同。有些數(shù)據(jù)表并不適合計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理，因此，在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶幚?，按關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行了重新組織，形成二維表。另外，程序中為了用戶使用的方便，對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了必要的處理。例如，圖3車(chē)削查詢中，由于不同車(chē)刀刀桿尺寸對(duì)應(yīng)的工件直徑不同，為方便用戶查詢，當(dāng)一種刀桿尺寸選定后，對(duì)應(yīng)的在工件直徑下拉框中僅出現(xiàn)與這種刀桿所能加工相對(duì)應(yīng)的工件直徑。例如：當(dāng)選擇刀桿為16X25，在工件直徑下拉框里就只有20，40，60，100，400。

圖3 車(chē)削切削用量查詢及管理

數(shù)據(jù)庫(kù)的連接采用ODBC數(shù)據(jù)源綁定的方式實(shí)現(xiàn)，該方式對(duì)固定數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)比較簡(jiǎn)單。通過(guò)Windows控制面板上管理工具建立Accesss數(shù)據(jù)庫(kù)連接的數(shù)據(jù)源，從而完成Visual C++程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，進(jìn)而在程序中通過(guò)記錄集對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各相應(yīng)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作。

2 Pro/E 彈體加工CAM實(shí)現(xiàn)

2.1 Pro/E CAM中參數(shù)給定

采用Pro/E自動(dòng)生成榴彈彈體外廓數(shù)控加工代碼主要經(jīng)過(guò)建?！b配零件和毛坯圖→前置參數(shù)設(shè)置→加工區(qū)域的選擇→生成刀具路徑→后置處理生成G代碼等步驟，其中建模在三維數(shù)字化造型設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中已完成，故零件圖和毛坯圖三維模型可直接調(diào)用。

Pro/E CAM設(shè)置中包括前置參數(shù)管理，其功能實(shí)現(xiàn)通過(guò)多個(gè)對(duì)話框?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)（包括切削用量）進(jìn)行設(shè)置，操作繁瑣且易出錯(cuò)。本文中將所獲得的切削用量參數(shù)及其它操作參數(shù)按Pro/E內(nèi)部數(shù)據(jù)格式寫(xiě)入一Pro/E可讀的數(shù)據(jù)文件，直接通過(guò)檢索就可把參數(shù)自動(dòng)寫(xiě)入Pro/E中，無(wú)需通過(guò)多個(gè)頁(yè)面逐個(gè)輸入，即可完成前置參數(shù)輸入，并且在每次設(shè)計(jì)優(yōu)化刀路時(shí)，前置參數(shù)基本沒(méi)有改變，因此通過(guò)對(duì)預(yù)置好的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行檢索來(lái)完成多個(gè)參數(shù)的輸入，減少重復(fù)輸入過(guò)程，可大幅提高數(shù)控編程效率。

Pro/E CAM中車(chē)削類(lèi)型分為區(qū)域車(chē)削、輪廓車(chē)削，分別對(duì)應(yīng)粗車(chē)和精車(chē)。其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件內(nèi)容不盡相同?，F(xiàn)以輪廓車(chē)削為例，前置參數(shù)確定需要將當(dāng)前工序所用刀具編號(hào)，切削用量等輸入特定數(shù)據(jù)文件中。通過(guò)圖3界面中的“輸出”按鈕實(shí)現(xiàn)，下面的程序完成了刀具編號(hào)和主軸轉(zhuǎn)速向數(shù)據(jù)文件寫(xiě)入：

m_daohao.GetWindowText(Strtemp);

sprintf(s,''TOOL_ID%s '',Strtemp);

mFile.WriteString(s);

sprintf(s,''SPINDLE_SPEED %.2f '',m_Qiegesudu);

mFile.WriteString(s);

同樣可將界面中所獲得的背吃刀量、進(jìn)給量等信息按要求格式寫(xiě)入該數(shù)據(jù)文件中。

2.2 Pro/E CAM中數(shù)控代碼生成

首先用對(duì)齊、選擇坐標(biāo)系等任一方式可以把零件和毛坯圖裝配好，進(jìn)行前置參數(shù)給定，調(diào)用數(shù)控工藝查詢界面進(jìn)行查詢，并將各參數(shù)輸出到特定的數(shù)據(jù)文件中，通過(guò)CAM中的檢索功能將各前置參數(shù)輸入。對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行選擇及指定刀具路徑后，生成刀位數(shù)據(jù)。調(diào)用特定的后置處理文件即可生成特定機(jī)床的數(shù)控加工程序。

3 加工仿真

加工仿真是數(shù)控程序檢驗(yàn)中很重要的一個(gè)步驟。數(shù)控代碼的生成步驟如下：

為了檢測(cè)刀具是否有干涉等現(xiàn)象，在加工仿真環(huán)節(jié)中，可令刀具單步動(dòng)作，以檢測(cè)刀路是否合理（如圖4）。若有不合理之處，只需重新指定加工區(qū)域和刀具路徑來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化刀路，而對(duì)其它設(shè)置只需檢索一下前面已輸出的文件即可，無(wú)需重新對(duì)前置參數(shù)再一一設(shè)置了。

圖4 數(shù)控車(chē)削仿真

4 結(jié)論

本文采用Pro/E提供的二次開(kāi)發(fā)工具Pro/Toolkit結(jié)合VC++作為開(kāi)發(fā)工具，完成了與Pro/E的集成。利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立了數(shù)控加工工藝參數(shù)查詢管理系統(tǒng)，通過(guò)Pro/E CAM提供的檢索方式實(shí)現(xiàn)了某彈體加工的前置參數(shù)輸入及加工仿真。系統(tǒng)中以車(chē)削（粗車(chē)、精車(chē)、切斷切槽）為例對(duì)各部分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了說(shuō)明。該輔助系統(tǒng)界面友好，使用方便，可提高數(shù)控加工效率。

[1] 黃如林.切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[2] 李世國(guó).Pro/TOOLKIT程序設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[3] 劉文波,段智敏,陳白寧.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、原理與編程技術(shù)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2005.

[4] 張海棠.Visual C++編程指南[M].北京:航空工業(yè)出版社,2000.

[5] 宋斌,陳玉亭,等.《Visual C++ 6.0教程》[M].北京:北京希望電子出版社,2000.