方振紅, 方春華, 孫健, 周德民, 張偉

（中國兵器工業(yè)集團(tuán) 江山重工研究院，湖北 襄陽 441100）

1 基于零件族的數(shù)控編程

1.1 零件族和成組技術(shù)

零件族是具有相似特征的零件所組成的族群。產(chǎn)品的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，產(chǎn)生了許多幾何特征相似、加工要素相近的零件，形成了若干零件族。成組技術(shù)在機(jī)械加工方面的應(yīng)用，主要是將多品種小批量的零件按其相似性分類，以形成零件族，尋求解決這一組問題相對(duì)統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以期取得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益[1]。

在CAD/CAM、CAPP、PDM系統(tǒng)中都用到了成組技術(shù)的思維和原理，成組技術(shù)與數(shù)控技術(shù)都能提高多品種小批量零件的生產(chǎn)效率。

1.2 基于零件族的數(shù)控編程

在數(shù)控編程工作中，按照成組技術(shù)原理，應(yīng)盡可能地針對(duì)歸并成組的零件族進(jìn)行數(shù)控程序設(shè)計(jì)?；诹慵宓臄?shù)控編程，就是把具有共性（相似性）的工作集中進(jìn)行，使其標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化，在避免低效重復(fù)勞動(dòng)的同時(shí)，滿足全族零件的數(shù)控加工需求。

原本UG軟件的部件族工具，只是通過變量表達(dá)式創(chuàng)建一個(gè)模板零件，再使用電子表格中的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建一系列類似的零件，實(shí)現(xiàn)快速參數(shù)化設(shè)計(jì)[2]。實(shí)際上，借助UG部件族工具，還可以實(shí)現(xiàn)基于零件族的數(shù)控編程。此外，通過UG的加工模板定制，也可以實(shí)現(xiàn)基于零件族的數(shù)控編程。

基于零件族進(jìn)行數(shù)控編程，除了采用CAM軟件，還可以采用手工宏程序。下面，結(jié)合圓模零件族的程序編制工作，展開論述。

2 圓模零件族的編程實(shí)例

某彎管機(jī)構(gòu)，其組件圓模有7種規(guī)格，尺寸RA、RB、RC分別形成數(shù)值系列，構(gòu)成零件族，如圖1所示。

圖1 圓模零件族圖樣

2.1 基于零件族的CAM自動(dòng)編程

2.1.1 利用UG部件族工具編程

具體過程如下。

1）參數(shù)建模。包括創(chuàng)建表達(dá)式、應(yīng)用表達(dá)式建模兩個(gè)步驟。

2）創(chuàng)建加工工序。通常完成典型零件建模后，即可創(chuàng)建部件族。而我們的目的是基于零件族編程，所以暫時(shí)不創(chuàng)建部件族。進(jìn)入加工模塊，依照工藝方案，分別創(chuàng)建平面銑削、平面輪廓銑、鉆孔、固定軸輪廓銑工序，如圖2所示。

圖2 圓弧環(huán)槽曲面加工

3）創(chuàng)建同族零件。包括部件族參數(shù)設(shè)置、編輯Excel表格、調(diào)用Excel表格參數(shù)3個(gè)步聚。

其中，在調(diào)用Excel表格參數(shù)時(shí)，應(yīng)框選除第一行外的相應(yīng)參數(shù)，再點(diǎn)擊“加載項(xiàng)”菜單，在“部件族”下拉菜單中選擇“創(chuàng)建部件”命令，從而在指定文件夾中生成其余圓模零件的UG文檔，實(shí)現(xiàn)“從共性到個(gè)性”的參數(shù)化重用。

4）同族零件的CAM編程。部件族工具生成的圓模零件，都自動(dòng)繼承了典型零件加工工序中的相關(guān)參數(shù)，最大限度地重用了信息。因?yàn)樗鼈兊膶傩詾橹蛔x，所以在刀軌重生后，需要改名另存。當(dāng)某工序重生失敗時(shí)，可以重建或重新指定驅(qū)動(dòng)曲面，再重生刀軌。對(duì)所需工序刀軌進(jìn)行后處理，即可獲得具體零件的數(shù)控程序。

2.1.2 利用定制的加工模板編程

UG軟件還可通過加工模板定制，實(shí)現(xiàn)基于零件族的數(shù)控編程，使參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、勞動(dòng)輕量化。其原理是：將精心配置完成、附含典型工序的復(fù)合零件的UG文檔存儲(chǔ)為模板文件，再進(jìn)行信息重用。

利用加工模板編程有兩大步驟。

1）定制加工模板，包括3個(gè)步驟。

a.幾何視圖和機(jī)床視圖的模板設(shè)置。首先，展開工序?qū)Ш狡鞯膸缀我晥D，全選幾何體GEOMETRY及其各級(jí)子項(xiàng)，在快捷菜單中選擇“對(duì)象”的“模板設(shè)置”命令，勾選模板設(shè)置的兩復(fù)選項(xiàng)；接著展開機(jī)床視圖，進(jìn)行機(jī)床視圖的模板設(shè)置，同樣勾選兩復(fù)選項(xiàng)（如圖3）。

圖3 模板設(shè)置復(fù)選項(xiàng)

b.文件另存。將此圓模零件的.prt文檔另存到NX安裝目錄下的metric模板文件夾，指定模板文件名稱并確定。

c.編輯cam_general.opt文件。找到位于UG安裝目錄下的resource emplate_set文件夾，用記事本打開cam_general.opt文件，在文件中間的##行后面，按格式要求添加一行，新增模板文件YuanMu.prt（如圖4）。保存，退出UG，完成加工模板的定制。

圖4 CAM通用選項(xiàng)文件編輯

2）利用定制的加工模板編程。

重啟UG,進(jìn)入“加工”應(yīng)用模塊，彈出加工環(huán)境對(duì)話框，在“要?jiǎng)?chuàng)建CAM設(shè)置”欄就會(huì)呈現(xiàn)出新添加的YuanMu模板，選擇YuanMu模板之后，可分別進(jìn)入幾何和機(jī)床視圖，相應(yīng)的工序和刀具都會(huì)展現(xiàn)于其中，而且相應(yīng)的切削參數(shù)、非切削參數(shù)、加工策略設(shè)置等參數(shù)都在相關(guān)工序中得到了繼承（如圖5）。

圖5 新定制的圓模加工模板

UG定制的加工模板，從工藝相似性的角度而言，適應(yīng)的零件范圍更廣闊，提高了編程的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化程度。

基于零件族編程, UG軟件的兩種途徑有共同的缺點(diǎn)——無法共享數(shù)控程序。

2.2 基于零件族的宏程序

2.2.1 宏程序

宏程序完美契合了“基于零件族和成組技術(shù)進(jìn)行參數(shù)化編程”的理念[4]，正好解決了CAM軟件編程無法共享數(shù)控程序的缺點(diǎn)。

含有變量、算術(shù)或邏輯運(yùn)算、條件判斷、程序循環(huán)語句，用于完成一定功能的數(shù)控程序稱為宏程序。宏程序最大的優(yōu)點(diǎn)為：邏輯嚴(yán)密、短小精悍、修改方便、通用性強(qiáng)。這些特點(diǎn)正是手工編程得以保留、至今無法被CAM軟件完全取代的重要原因[5]。

2.2.2 環(huán)槽加工特征宏程序的編制

選用直徑為φ100厚6、刀片圓角為R3的T形槽銑刀，深度分層加工圓弧環(huán)槽曲面。

如附圖6所示，RC圓心所在的XZ平面，刀片圓心軌跡分為3段，整個(gè)環(huán)槽加工特征的宏程序必然也分為3段。

圖6 環(huán)槽模型及刀片圓心的軌跡

工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)在工件上表面的RB圓弧的圓心，3段圓弧曲面的編程模型原點(diǎn)皆為圓弧自身的圓心。以角度為自變量，X、Z軸坐標(biāo)為因變量，相鄰圓弧間的切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度，采用反正弦函數(shù)計(jì)算；R2圓弧的圓心Z軸坐標(biāo)，采用勾股定理計(jì)算，發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)的數(shù)控程序如下。

整個(gè)環(huán)槽加工特征的3段宏程序，用CIMCO 軟件模擬仿真，生成的軌跡如圖7所示。

圖7 三段曲面宏程序完整的模擬軌跡

說明：圓弧刀片的T形槽銑刀，其刀位點(diǎn)為刀片圓心所在平面與刀具軸線的交點(diǎn)。因此，對(duì)刀時(shí)刀長要減去3 mm；加工其他規(guī)格的圓模，只需修改RB、RC的相應(yīng)變量即可；如果RC圓弧規(guī)格較小，要提高加工效率，加大角度步距#5的賦值即可。更改后的程序無須重復(fù)調(diào)試，提高了加工效率。

3 結(jié)論

圓模零件族的編程實(shí)例表明：基于零件族進(jìn)行數(shù)控編程，既可借助UG的部件族工具、加工模板定制，也可采用手工宏程序?；诹慵暹M(jìn)行數(shù)控編程，可減少重復(fù)勞動(dòng)，能提高生產(chǎn)效率。宏程序通用性好，修改方便，能最大限度地重用信息，無須重復(fù)調(diào)試，是零件族加工特征編程的最佳選擇。