雷彪 關(guān)海英

摘要：本文針對模具曲面數(shù)控加工中經(jīng)常出現(xiàn)的根切問題，通過軟硬件協(xié)作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，根據(jù)工具軟件反饋的插補(bǔ)軸增益、前饋時(shí)間常數(shù)、加速度等相關(guān)數(shù)據(jù)，通過均勻一致性比對后進(jìn)行刀路和系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整，有效避免了由于技術(shù)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)引起的根切問題。經(jīng)過大量試切加工調(diào)試的探索，驗(yàn)證了這一管控與優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，完善了加工過程，保證了曲面加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：曲面加工根切;智能制造;過程優(yōu)化

中圖分類號：TG7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0115-02

0 ?引言

隨著信息科技的快速發(fā)展，信息處理技術(shù)也越來越多地應(yīng)用于裝備制造領(lǐng)域的加工進(jìn)程中，大大提高了人們的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。過量切削是數(shù)控加工中常見的現(xiàn)象，在模具成型曲面加工中更是常見的加工問題之一，因其常發(fā)生在兩曲面交接轉(zhuǎn)角處的根部，故而簡稱為曲面加工的根切。產(chǎn)生加工過切現(xiàn)象的原因有很多，除考慮機(jī)床、刀具、工裝夾具、刀軌設(shè)計(jì)等工藝設(shè)計(jì)方面的影響因素外，還有因應(yīng)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)配不合理的緣由，這就需要通過聯(lián)機(jī)通信，及時(shí)跟蹤采集機(jī)床參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)調(diào)整來予以解決。為此，我們進(jìn)行了加工與優(yōu)化管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探索研究。

1 ?曲面加工中根切問題的設(shè)計(jì)思路

1.1 曲面加工根切的主要問題及管控因素分析

曲面加工的根切通常是因刀具實(shí)際加工軌跡沒有按照理想軌跡運(yùn)行而將不該切的地方切掉的現(xiàn)象，尤其發(fā)生在兩曲面交接處的根角部位，偶爾也有發(fā)生在曲面上的曲面過切。引起曲面加工根切的原因除工藝方法選用設(shè)計(jì)的人為控制因素外，還有CAM軟件計(jì)算得出的刀軌點(diǎn)位分布、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對這些點(diǎn)位實(shí)施插補(bǔ)的公差處理方法、以及插補(bǔ)軸運(yùn)動(dòng)的加速度過大和前饋時(shí)間過短等軟硬件參數(shù)不匹配的問題。在數(shù)控設(shè)備信息監(jiān)控技術(shù)逐步向智能制造發(fā)展的進(jìn)程下，這些都可以通過API協(xié)議將CAM軟件、AMWP軟件、HMI軟件接入，借助這些工具軟件采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行對比檢查以獲得更合適的參數(shù)，然后回傳給設(shè)備以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整。

以Siemens數(shù)控系統(tǒng)及其代碼控制的處理為例，我們是先將Siemens公司開源的數(shù)控編程指令代碼導(dǎo)入至SQLServer數(shù)據(jù)庫中，通過系統(tǒng)檢查公差及點(diǎn)位分布狀態(tài)，檢查插補(bǔ)參數(shù)匹配是否一致，合理調(diào)整前饋時(shí)間，檢查加速度相關(guān)參數(shù)是否過大等處置方法。

1.1.1 系統(tǒng)檢查公差及點(diǎn)位

①檢查程序公差設(shè)置：對比檢查CYCLE832指令的公差應(yīng)與CAM軟件回傳至系統(tǒng)的公差設(shè)置相同，精加工公差設(shè)置范圍應(yīng)在0.002～0.01mm之間;②檢查程序點(diǎn)位分布：可接入AMWP軟件分析點(diǎn)位分布狀態(tài)，通過重新生成點(diǎn)位圖的方式得到均勻，無壞點(diǎn)的點(diǎn)位圖。

1.1.2 系統(tǒng)檢查并調(diào)整參數(shù)

①檢查插補(bǔ)參數(shù)匹配：參與插補(bǔ)的所有軸的計(jì)算增益應(yīng)一致。對比檢查MD32200、MD32800、MD32410等參數(shù)各軸設(shè)置是否相同;②檢查前饋時(shí)間常數(shù)：檢查MD32800設(shè)置是否過小，連接HMI軟件并使用其跟蹤功能調(diào)整合理的前饋時(shí)間;③檢查加速度相關(guān)參數(shù)：檢查MD32431設(shè)置不能過大，針對精加工的參數(shù)組應(yīng)小于20。

1.2 曲面加工中根切問題管控的具體處置策略

1.2.1 系統(tǒng)檢查公差及點(diǎn)位

遇到曲面加工根切問題時(shí)，系統(tǒng)首先檢查CYCLE832的公差設(shè)置，并通過API協(xié)議連接CAM軟件，將該公差與CAM軟件回傳來的公差對比是否一致。檢查相關(guān)公差后，將與CAM軟件回傳公差值不一致的產(chǎn)品公差值設(shè)置為CAM軟件回傳公差值，如圖1所示的紅圈處公差設(shè)置。

對于點(diǎn)位的分布不均、壞點(diǎn)等問題，該系統(tǒng)可以通過JAVA API協(xié)議與AMWP軟件連接通過AMWP得出該產(chǎn)品的點(diǎn)位分布圖，然后通過文件傳輸?shù)皆撓到y(tǒng)進(jìn)行分析點(diǎn)位分布狀態(tài)，對于點(diǎn)位分布不均等再次回傳至AMWP軟件并重新畫出新的點(diǎn)位分布圖。如圖2所示。

1.2.2 系統(tǒng)檢查并調(diào)整參數(shù)

引起過切常見的參數(shù)問題，主要為前饋時(shí)間過小，加速度過大和參與插補(bǔ)的軸計(jì)算增益不一致。對于前饋時(shí)間過小的處置，系統(tǒng)可以通過連接HMI軟件的跟蹤功能，監(jiān)控變量來確認(rèn)參數(shù)設(shè)置是否合適。

管理系統(tǒng)可以在軸診斷界面中檢查每個(gè)軸的計(jì)算增益值，用固定速度使每一個(gè)軸分別運(yùn)動(dòng)，可以檢查出每個(gè)軸在該速度下的計(jì)算增益值，來確定參與插補(bǔ)的軸是否一致。

1.3 管控與優(yōu)化的處理流程

管控與優(yōu)化的處理流程圖如圖3所示。

2 ?曲面加工根切優(yōu)化的實(shí)踐驗(yàn)證

2.1 測試案例一

模具測試件加工如圖4所示效果，可以看出在曲面和平面交接處有嚴(yán)重的過切痕跡。

通過系統(tǒng)檢查其公差數(shù)發(fā)現(xiàn)其中CYCLE832指令中的公差設(shè)置過大為0.05mm。系統(tǒng)接收到CAM軟件回傳的公差設(shè)置應(yīng)為0.005mm。由于公差設(shè)置過大，導(dǎo)致模具底部交界處出現(xiàn)了嚴(yán)重根切現(xiàn)象，通過系統(tǒng)給該產(chǎn)品設(shè)置正確的公差數(shù)值，使CYCLE832指令中設(shè)置與CAM軟件相同的公差大小。處理后的產(chǎn)品解決過切問題，如圖5所示。

2.2 測試案例二

如圖6所示工件，在兩個(gè)錐度平面的交界過渡處，可見明顯的過切問題。在系統(tǒng)中連接AMWP軟件后得到該工件點(diǎn)位分布，分析可知左圈內(nèi)點(diǎn)位間距較小（小于0.01mm），右圈內(nèi)點(diǎn)間距較大（0.9mm），如圖7所示。

通過系統(tǒng)對模具過渡處進(jìn)行加速度減小的試驗(yàn)，圖8、圖9所示分別是不同加速度設(shè)置（MD20170=20、MD20170=1）時(shí)得到的分析結(jié)果示意圖，可知在加速度較低時(shí)得到的結(jié)果分布更均勻。設(shè)置MD20170=1時(shí)的實(shí)際加工結(jié)果，處理后該工件無過切問題。

3 ?結(jié)論

針對零件實(shí)際加工中因設(shè)備參數(shù)設(shè)置而進(jìn)行自適應(yīng)工況的調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到加工優(yōu)化管控的目的，正是智能制造技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容之一。我們本次利用計(jì)算機(jī)JAVA編程開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是通過API協(xié)議與CAM、AMWP、HMI工具軟件進(jìn)行軟硬件間數(shù)據(jù)的連接，再通過對比檢查模具公差、點(diǎn)位、參數(shù)等數(shù)據(jù)與工具軟件回傳的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)而分析出導(dǎo)致模具產(chǎn)生加工過切的具體原因，并有針對性的生成處理結(jié)果，能對現(xiàn)有模具加工中過切問題實(shí)施多種方式的解決路徑。經(jīng)過多次實(shí)際機(jī)床加工模具的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該管理系統(tǒng)對于模具的加工過切問題具有可行性，提升了實(shí)際數(shù)控機(jī)床加工的平滑軌跡，提高實(shí)際加工產(chǎn)品的成功率，可為未來解決數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中各種問題提供參考。

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基金項(xiàng)目：某型號真空爐淬火工裝高精度“回轉(zhuǎn)體外圓多孔形狀產(chǎn)品”控車床機(jī)械加工工藝研究（項(xiàng)目編號：NJZY21354）。

作者簡介：雷彪（1984-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，實(shí)訓(xùn)中心主任，高級工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。