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关于数控编程标准化的探讨

关于数控编程标准化的探讨 2011年12月03日 来源： 数控加工中的程序编制有很多手段，简单程序可以通过手工计算并输入控制系统，复杂的外形或型面可以通过CAM软件来完成。这里我们暂且不去讨论采用何种编程方式来获得加工程序。我们从另外一个角度来探讨一下，加工程序是否应该有个标准？在生产中，我们管理和应用这些加工程序时经常会遇到的问题，以及如何解决他们。我们这里首选提出一个概念——数控加工程序的标准化。这里所说的“标准化”并不是简单地定义加工程序的格式。而是指编制加工程序过程中，相关切削参数的设定、刀具的选用和刀具切削轨迹设计思路的标准化。我们为什么会有数控加工程序标准化这个想法呢？让我们来看一下在数控加工过程中，哪些环节经常重复出现，而且容易出错，那么这些环节就是我们进行标准化的着眼点。对于工艺流程最简单的工件来说，完成数控加工需要图1中的过程。

当加工程序编制完成后，图中所有环节的每个细节都必须与加工程序的要求一致，每个细节的疏忽都可能带来灾难性的结果。例如，在毛坯装夹过程中的夹紧位置与方式、压板螺栓的尺寸、毛坯尺寸的误差、刀具的尺寸参数与刀具在刀库中的位置、加工原点的设置、加工程序的名称、加工过程中的刀具引导、切削参数和初始终止位置的设定等。我们无法绝对避免错误的产生，但是我们可以找到一个稳妥的方式，尽量减小错误发生的概率。现在我们看到只要把这些环节设定成一个标准，操作工人就有了规律可以遵循，出错的概率就可以大大降低。这些环节的标准化设定依赖于加工程序的支持，因此我们有了将加工程序标准化的想法，与此同时，加工程序的标准化也就有了指导方向。现在我们了解到了加工程序标准化的目的，那么在实际生产中需要标准化的环节，一旦制定下来一些执行的标准，我们如何来实现它们呢？一般情况下，我们可以制定一个尽可能详细的企业标准，然后以文件的形式下达到生产车间和相关科室，并要求机床操作人员严格按照标准来操作设备，同时要求编程人员严格地按照标准编写加工程序。车间的机床操作人员相对来说比较容易接受这种方式，因为标准化的操作流程不仅可以减轻劳动强度，而且可以降低操作风险。但是对于编程人员来说，他们首先需要考虑的是加工工艺流程以及可能出现的问题和解决方法，一些“可灵活处置”的内容往往按照自己的习惯随意设置。尤其对于手工编程人员来说，往往会挑最简单最方便的方式来处理这些“可灵活处置”的问题。如果按照指定的标准来编写加工程序，等于将某些“可灵活处置”的问题限定了处理方式，无形中增加了他们需要思考处理的内容，增加了工作量。因此，推行起来会有较大的难度，而且这种依靠人脑思考处理的问题，很容易出现疏忽。这也是手工编程无法逾越的障碍，因此我们推荐使用CAM辅助编程软件，但是并不是任意一个CAM软件都能很好地处理这样的问题。最好选择具有二次开发和自定义功能的CAM软件，将企业标准贯彻到软件平台中。这样，编程人员无须每时每刻都要去翻阅文件，参照企业标准中的条条框框来约束自己的编程思路。而生产车间的操作人员只需按照标准文件的要求，进行生产即可。下面我们就用几个事例来进一步地阐述，在加工程序标准化这个题目中所包含的一些内容以及在CAM软件中的解决方式。一方面为大家提供了一些加工程序标准化的思路。另一方面使大家初步了解了如何在CAM软件中定制这些编程过程需要标准化的内容。工件的装夹除了定制的工装设备之外，大部分的通用工装都已经标准化了，只要企业在采购时按需引进即可。对于最常用的螺栓压板来说，企业尽可能地使用统一标准。类别越少越容易管理。我们在管理这类工具的同时，这类工具的信息也应该让编程人员共享。编程人员在设计刀具路径时,就可以将夹具形状和装夹方式考虑进去，同时操作人员须要按照标准规范安装工件，不仅可以减少刀具与夹具的干涉，同时可以提高加工效率。我们以板料加工为例，压板以及螺栓都可以按标准选择。同时夹紧位置可以事先规定好一个标准，例如长边200mm间距安装、短边100mm间距安装，刀具始终从长边起始处进退刀等。甚至可以将夹具与机床都建立起3D数学模型，组成一个工装设备数据库。在CAM环境下，编程人员可以很清楚地了解工件的装夹状态。操作人员也可以按制定的标准安装工件。Edgecam中，无缝集成的数据接口，可以同时加载任何CAD构建的3D模型甚至是装配模型（图2）。为创造一个真实的编程环境提供了数据保障，同时也为企业及上下游相关单位提供了一个可无缝集成的数据平台。尤其对已经实施或即将实施PDM/ERP的企业来说，不用担心在CAM环节出现数据不兼容的现象。

图2 Edgecam中，无缝集成的数据接口，可以同时加载任何CAD构建的3D模型甚至是装配模型

刀具的选择与编号刀具的选择一般来说有两个原则，一是加工效率最高原则；二是刀具成本最低原则。在满足这两个原则的基础上，刀具的选择还是具有相当的灵活性的，那么还应该遵循哪些条件呢？编程人员在考虑这个问题时，更需要了解企业现有的刀具资源状况，因此企业要有一个完整的、唯一的、即时更新的刀具数据库，该数据库不仅向编程人员开放，而且面向车间开放。编程人员在选择刀具时可以在刀具库中查找可用的刀具，同时保证了设备操作人员在机床的刀具库中也可以找到相应的刀具。编程人员在设计刀路过程中，选定的刀具可按照直径（从大到小）或长度（从长到短）来设置刀具编号，这样操作人员准备刀具时就可以有规律可以遵循。Edgecam提供SQL为平台的刀具数据库，并可以设置成网络刀具库，并为不同的使用人员设置权限，不仅方便维护和管理，同时还可以与编程环境相关联（图3）。

图3 Edgecam提供SQL为平台的刀具数据库，并可以设置成网络刀具库

原点定义编程原点原则上最好与零件的设计原点重合，这样可以减少累积误差，但是在实际加工中，工件在初始毛坯状态下，往往很不容易找出设计原点位置，为了方便对刀，经常由编程人员指定一个原点位置，这样随意性就很大。例如，在定义Z原点时，如果把Z原点都定义在工件下表面（机床工作台或垫块的上表面），就是一个非常好的选择，程序判读起来不仅容易（在这种情况下Z值永远为正，如果出现负值肯定是错误的），而且很容易被人们接受，这样形成一个制度，并贯彻执行下去就很简单。在编程软件中，调整原点是个很简单的操作，Edgecam还特别提供了“自动对齐”功能，只需要鼠标点击一下Z原点的平面即可自动调整工件的位置（图4）。即使已经生成刀具轨迹，也可以重新移动原点位置，刀具路径会自动更新。

图4 Edgecam的“自动对齐”功能，只需要鼠标点击一下Z原点的平面即可自动调整工件的位置

与生成刀具路径相关的参数刀具的导入导出距离和角度一般与刀具的尺寸相关，同时夹具的位置也是需要考虑的因素，结合前面所讲的装夹位置的标准，我们同样可以设定统一的导入导出条件。至于切削用量，例如刀具的轴向和径向切削深度，我们可以参照刀具直径设定。进给、转数来源于刀具数据库（刀具库中可以提供一些专家数据供选择），刀具路径的连接方式和安全距离等都可以在加工策略中固定下来，在编程时只需要关注主要参数即可，其他的参数都可而以事先设定好一个标准值。而以上这些都可以在Edgecam中实现。在Edgecam中有两种方式可以实现这样的功能，第一种方式比较简单，利用Edgecam提供的成组加工方法，需要设置的加工参数比较简单，一些有共性的参数，如安全距离、连接方式、导入导出的角度与距离等都可以事先在系统中统一设定，而且编程操作也很简单。

图5 加工策略文件实际上是一个流程图

另外一种方法就是利用Edgecam提供的二次开发工具——策略管理器。这是一个定制加工策略的工具，可以将Edgecam现有的加工策略进行任意组合，将模型特征参数、刀具参数和项目管理相关参数等所有内容以恒定值或变量的方式固定在加工策略中。在实际编程过程中，只需要对被加工模型的特征应用相关的策略文件即可。加工策略文件实际上是一个流程图，每个被加工特征依次通过流程图中设定的节点，根据节点内容计算刀具路径（图5）。构成每个节点的基本单元是浏览器中可看到的每一个“进程”，这些进程可在Edgecam中复制出来，它可以是一个加工方法，也可以是多个加工方法的组合体。其中的判断节点尤其重要，是加工策略的灵魂所在，它赋予加工策略生命。一个加工策略可以制定的很简单，也可以很复杂；加工策略还可以像子程序一样被另外一个加工策略调用。实际上，通过嵌套的方式来实现，如此一来，加工策略这个工具的能力可以得到无限的放大。在最理想的情况下，车间中所有的加工相关数据都可以定制在加工策略中，所有的零件都可以通过一个加工策略生成加工程序，当然，如果要实现这个目标，需要做很多细致的工作。那么在日常使用中，我们可以制定出多个适合车间使用的加工策略，针对不同的加工零件特征使用这些加工策略，待有效的加工策略积累到一定程度再将其串联起来，实现更智能化的编程。那时我们编程人员的工作将变得极其轻松。数控编程标准化的目的是为了将加工中的可变因素尽可能地统一起来，实现的手段有很多，但是选择一个既省时又省力的工具可以事半功倍。如果这种标准化的工作能够做到尽量的完美，企业在生产管理方面不仅可以节省资源，而且可以减少失误。更值得企业关注的是，这样的标准化模式很容易在扩大生产规模时进行复制或在合作伙伴中进行推广。同时，企业现有的专家数据也有利于传承下来，作为构成企业核心竞争力的技术资本。(end)

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