陳雅芳

（通用電氣能源（杭州）有限公司，浙江 杭州 311231）

0 引 言

目前，CAM軟件自動編程技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在數(shù)控編程中，但是宏程序編程仍有很多優(yōu)點(diǎn)是CAM軟件所無法比擬的，也是無法取代的。數(shù)控宏程序通過變量指定、邏輯判斷及變量自動讀取賦值等方法，使程序具有通用性和智能化的特點(diǎn)，不僅提高了編程效率，而且可以盡量避免加工過程中操作者的手動干預(yù)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動加工，提高機(jī)床加工效率。同時，宏程序編程提高了程序的清晰度和可讀性，由于其篇幅精煉，不會出現(xiàn)長程序在線加工因傳輸速率跟不上而導(dǎo)致機(jī)床運(yùn)動斷續(xù)遲滯的現(xiàn)象，更能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中對計(jì)算精度和進(jìn)給速度要求高的需要［1］。當(dāng)然宏程序編程也存在可靠性差的不足，因是人工編程，程序內(nèi)部有很多邏輯判斷、程序跳轉(zhuǎn)、參數(shù)讀取賦值等語句，很容易因編程人員自身考慮不周而發(fā)生編程錯誤。因此以往宏程序編好后，需要事先到機(jī)床上進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證正確后才能應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，這樣的過程不僅會浪費(fèi)寶貴的機(jī)床時間，而且還嚴(yán)重影響生產(chǎn)力［2］，這使得宏程序的使用受到了限制。

數(shù)控仿真技術(shù)Vericut軟件在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣使用，徹底彌補(bǔ)了宏程序的該項(xiàng)不足。這樣宏程序在實(shí)際中的應(yīng)用廣泛了起來，既提高編程效率，又節(jié)約機(jī)床時間，且通過參數(shù)自動賦值，還可減少操作者由于手工干預(yù)引起的操作失誤，可謂一舉多得。

本研究通過低壓缸排氣罩上銑3道圓槽的實(shí)例，闡述宏程序與Vericut軟件結(jié)合在實(shí)際加工中的應(yīng)用。

1 編程思路

蒸汽輪機(jī)低壓缸排氣罩的軸承檔內(nèi)孔上有幾道圓槽需要加工，排氣罩軸承檔內(nèi)孔上3道圓槽如圖1所示。

圖1 排氣罩軸承檔內(nèi)孔上3道圓槽

本研究采用的切削方法是用三面刃銑刀粗銑槽，槽側(cè)面留單邊1.5 mm余量，槽底留單邊1 mm余量，然后再用平旋盤精鏜完成。由于三面刃銑刀割槽割第一刀時，整個切削刃寬度都參與切削，即切削深度達(dá)到最大值，研究者希望采用平面螺旋線的走刀方式，其優(yōu)點(diǎn)是:刀具路徑為弧切入和切出，保持低的徑向螺距，使得吃刀弧度低，產(chǎn)生的切削力低，從而實(shí)現(xiàn)高軸向切削深度、高進(jìn)給以及獲得可靠的刀具壽命［3］。

在實(shí)際編程中，平面螺旋線銑圓槽用UG軟件編程卻并不方便，這表現(xiàn)在兩個方面:首先，是編程員需要花費(fèi)較長的時間，這是因?yàn)槠矫媛菪€銑加工方式在UG軟件中沒有現(xiàn)成的指令，只能把平面螺旋線畫出來作為輔助線，在加工時用曲線驅(qū)動的方法才能得到這種刀軌［4］。其次，在實(shí)際加工中，三面刃銑槽時的切削寬度（也就是平面螺旋線的螺距）會因?yàn)楣ぜ傂浴⒌毒邞疑扉L度不同、加工機(jī)床抗振性等具體原因而需要改動。

UG軟件生成的數(shù)控程序因程序較長、可讀性差，讓操作者在現(xiàn)場更改是無法做到的，必須由編程員在UG軟件中編輯該曲線，重新生成刀軌，然后將改好的程序重新下發(fā)到機(jī)床上才可以，這無疑會增加機(jī)床的閑置等待時間，是需要盡量避免的。因?yàn)樯鲜鰞牲c(diǎn)原因，該銑槽方法用UG軟件編程并不適用，要徹底解決編程復(fù)雜、程序長、現(xiàn)場不能靈活改動這些問題，只能通過宏程序編程。

宏程序計(jì)算共分兩個部分:第一部分是圓槽徑向的平面螺旋線刀軌計(jì)算；第二部分是圓槽寬度方向也就是軸向刀軌的計(jì)算。

1.1 平面螺旋線刀軌部分的計(jì)算

平面螺旋線刀軌共分4部分:圓弧進(jìn)刀、平面螺旋線銑，整圓輪廓銑和圓弧退刀，平面螺旋線刀軌示意圖如圖2所示。其計(jì)算過程如圖3所示。

圖2 平面螺旋線刀軌示意圖

圖3 平面螺旋線刀軌計(jì)算過程圖解

1.2 圓槽寬度方向刀軌的計(jì)算

圓槽截面的各參數(shù)設(shè)定如圖4所示，圓槽寬度方向自動分刀計(jì)算過程如圖5所示。

圖4 圓槽截面參數(shù)設(shè)定示意圖

2 Vericut模擬宏程序

Vericut軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的模擬數(shù)控機(jī)床加工仿真軟件，它能夠真實(shí)地模擬在加工過程中刀具的切削，加工零件、夾具、工作臺及機(jī)床各軸的運(yùn)動情況，不僅能夠?qū)C程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證、分析和優(yōu)化，而且能夠?qū)C(jī)床進(jìn)行模擬，真實(shí)地反映加工過程中遇到的各種問題，可直接替代機(jī)床上的試切件加工工序［5］。在Vericut軟件中，首先，需要按加工機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)建好機(jī)床3D模型并配置好數(shù)控控制器；然后，依次調(diào)入加工機(jī)床、數(shù)控控制器、毛坯3D模型、設(shè)計(jì)3D模型、數(shù)控刀具和數(shù)控程序后，即可實(shí)現(xiàn)在電腦中檢查數(shù)控程序和刀具裝配的正確與否［6］。因其無需上機(jī)床即可仿真加工，不僅節(jié)約了寶貴的機(jī)床時間，更重要的是能避免在機(jī)床上發(fā)生撞刀事故，從而避免造成機(jī)床損壞或工件損壞等嚴(yán)重后果，有效保證了加工質(zhì)量并提高了機(jī)床效率［7］。

圖5 圓槽寬度方向刀軌計(jì)算過程圖解

2.1 Vericut模擬步驟

用Vericut軟件進(jìn)行模擬仿真的具體操作步驟描述如下:

（1）首先用UG軟件分別輸出工件毛坯3D模型和設(shè)計(jì)3D模型，需要輸出成“*.stl”格式的文件。這里要注意的是:因?yàn)閁G模型坐標(biāo)系與加工坐標(biāo)系會有所差別，建議先要把工件坐標(biāo)系WCS定位到與加工坐標(biāo)系一致，然后再輸出“*.stl”模型文件。

（2）將兩個“stl”模型文件和平面螺旋線宏程序（包括主程序和子程序）都拷貝到同一個文件夾中并命名該文件夾。

（3）打開Vericut軟件，新建一個項(xiàng)目（new proj?ect），選擇存放在步驟（2）中新建的文件夾中，并命名該新項(xiàng)目文件為“*.vcproject”。

（4）點(diǎn)擊數(shù)控機(jī)床（CNC machine），選擇機(jī)床文件“*.mch”和控制器文件“*.ctl”，分別調(diào)入機(jī)床實(shí)體模型和數(shù)控控制器。

（5）點(diǎn)擊毛坯“Stock”，點(diǎn)擊添加模型文件，加入步驟（1）中建的“stl”格式的毛坯3D模型，毛坯會自動按加工位置定位到工作臺上，然后點(diǎn)擊移動“translate”，通過調(diào)整毛坯XYZ坐標(biāo)，將毛坯實(shí)體裝夾到工作臺上合適的位置。

（6）點(diǎn)擊設(shè)計(jì)模型“Design”，點(diǎn)擊添加模型文件，加入步驟一中建的“stl”格式的設(shè)計(jì)3D模型，注意要將設(shè)計(jì)模型“Design”附著于毛坯“Stock”，這樣設(shè)計(jì)模型位置就會自動跟隨毛坯模型。

（7）點(diǎn)擊NC程序，添加NC文件，將平面螺旋線宏程序分別添加到主程序“NC programs”及子程序“Sub?routines”中。

（8）點(diǎn)擊刀具“Tooling”，右鍵選擇刀具管理器，輸入TDM刀具包編號或者直接輸入刀具裝配件編號，導(dǎo)入TDM刀具包或者刀具裝配件［8］。TDM是一種刀具管理軟件，該軟件最大優(yōu)點(diǎn)是刀具裝配件為3D模型，并保證具備正確的裝配關(guān)系。在TDM軟件中首先需要建立刀具零件ITEM的2D和3D圖形，其次定義好各零件ITEM裝配接口的匹配條件。當(dāng)建立刀具裝配件時，TDM軟件會自動按接口匹配關(guān)系提示可供裝配的零件ITEM，當(dāng)?shù)毒哐b配結(jié)束后可通過DATA TRANS?FER傳送刀具數(shù)據(jù)并可生成刀具裝配件3D圖形。TDM軟件與Vericut之間具備接口，這樣TDM中的刀具裝配件3D圖形可以直接導(dǎo)入到Vericut中進(jìn)行仿真模擬［9-10］。

（9）點(diǎn)擊坐標(biāo)系“Coordinate system”，選擇將該坐標(biāo)系附著于毛坯“Stock”。由于第1步生成毛坯3D模型時已將工件坐標(biāo)系WCS定位到與加工坐標(biāo)系一致了，所以這一步直接選擇附著于毛坯“Stock”即可，不需要再另行編輯加工坐標(biāo)系。

（10）最后是選擇加工對刀方式。點(diǎn)擊工作零點(diǎn)“Work offset”，代碼填入G54（G54～G57可選），并選擇從組件W軸（主軸）到組件加工坐標(biāo)系的對刀方式。

2.2 Vericut仿真模擬的實(shí)際效果

研究者完成以上各步驟后，即可點(diǎn)擊模擬開關(guān)進(jìn)行模擬，Vericut仿真加工圖如圖6所示。模擬完成之后，將加工后的工件與設(shè)計(jì)3D模型進(jìn)行了比較，測量出槽側(cè)面及槽底面與設(shè)計(jì)模型面的距離分別為1.5 mm和1 mm，與宏程序中相應(yīng)的R參數(shù)設(shè)定值一致，由此驗(yàn)證了銑槽宏程序的正確性。

圖6 Vericut仿真加工圖

3 結(jié)束語

本研究以平面螺旋線方式銑槽為實(shí)例，圖解說明了宏程序的編程思路，利用VERICUT軟件對該宏程序進(jìn)行了模擬，測試了宏程序整個計(jì)算過程，測量了加工后模型與設(shè)計(jì)模型的距離。研究結(jié)果表明，VERICUT可真實(shí)地模擬出數(shù)控機(jī)床上銑加工圓槽的全過程，通過確認(rèn)測量結(jié)果符合宏程序中R參數(shù)的設(shè)定值，驗(yàn)證了宏程序的正確性。該實(shí)驗(yàn)說明VERTI?CUT與宏程序編程兩種技術(shù)相結(jié)合，在保持宏程序具備通用性和智能化優(yōu)點(diǎn)的同時，還提高了其安全性與可靠性。這將促進(jìn)宏程序在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用更加廣泛，并為實(shí)現(xiàn)編程方法的更加高效多樣提供了新的工作思路。

（References）:

［1］李 鋒，白一凡.數(shù)控銑削變量編程實(shí)例教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］［美］彼得.斯密徳（Peter Smid）.數(shù)控編程手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［3］Sandvikcoromant.金屬加工工藝技術(shù)指南［M］.Sand?vikCoromant AB，2009.

［4］姜海軍.CAD/CAM軟件-UG NX8.0實(shí)用教程［M］.北京:高等教育出版社，2012.

［5］張英杰.CAD/CAM原理及應(yīng)用［M］.北京:高等教育出版社，2007.4.

［6］孫會峰，蔡安江，趙 亮，等.基于Vericut的五軸數(shù)控加工仿真與優(yōu)化［J］.機(jī)械，2012，39（10）:13-16，49.

［7］萬海波，楊世錫，甘春標(biāo).切削載荷下，數(shù)控機(jī)床誤差分析及補(bǔ)償方法研究［J］.機(jī)電工程，2011，28（7）:784-788.

［8］董伊鑫.TDM的Vericut接口使用［M］.通用電氣能源（杭州）公司，2012.

［9］鄭新武，章服眾，李春木，等.數(shù)控加工中心自動換力系統(tǒng)的研究［J］.機(jī)電工程，2011，28（12）:1457-1460.

［10］TDM Systems GmbH.TDM Systems Help［CP/DK］.TDM Version 4.4.TDM system GmbH，?1993-2010.