模具曲面加工中根切問題的研究

雷彪 關海英

摘要：本文針對模具曲面數控加工中經常出現的根切問題，通過軟硬件協作實現數據連接，根據工具軟件反饋的插補軸增益、前饋時間常數、加速度等相關數據，通過均勻一致性比對后進行刀路和系統參數的實時調整，有效避免了由于技術管控系統設計引起的根切問題。經過大量試切加工調試的探索，驗證了這一管控與優化系統設計的可行性，完善了加工過程，保證了曲面加工質量。

關鍵詞：曲面加工根切;智能制造;過程優化

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

0 ?引言

隨著信息科技的快速發展，信息處理技術也越來越多地應用于裝備制造領域的加工進程中，大大提高了人們的工作效率和產品質量。過量切削是數控加工中常見的現象，在模具成型曲面加工中更是常見的加工問題之一，因其常發生在兩曲面交接轉角處的根部，故而簡稱為曲面加工的根切。產生加工過切現象的原因有很多，除考慮機床、刀具、工裝夾具、刀軌設計等工藝設計方面的影響因素外，還有因應機床數控系統參數調配不合理的緣由，這就需要通過聯機通信，及時跟蹤采集機床參數狀態數據并實時調整來予以解決。為此，我們進行了加工與優化管控系統設計的探索研究。

1 ?曲面加工中根切問題的設計思路

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際加工軌跡沒有按照理想軌跡運行而將不該切的地方切掉的現象，尤其發生在兩曲面交接處的根角部位，偶爾也有發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計的人為控制因素外，還有CAM軟件計算得出的刀軌點位分布、機床數控系統對這些點位實施插補的公差處理方法、以及插補軸運動的加速度過大和前饋時間過短等軟硬件參數不匹配的問題。在數控設備信息監控技術逐步向智能制造發展的進程下，這些都可以通過API協議將CAM軟件、AMWP軟件、HMI軟件接入，借助這些工具軟件采集數據后進行對比檢查以獲得更合適的參數，然后回傳給設備以實現實時調整。

以Siemens數控系統及其代碼控制的處理為例，我們是先將Siemens公司開源的數控編程指令代碼導入至SQLServer數據庫中，通過系統檢查公差及點位分布狀態，檢查插補參數匹配是否一致，合理調整前饋時間，檢查加速度相關參數是否過大等處置方法。

1.1.1 系統檢查公差及點位

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

1.1.2 系統檢查并調整參數

①檢查插補參數匹配：參與插補的所有軸的計算增益應一致。對比檢查MD32200、MD32800、MD32410等參數各軸設置是否相同;②檢查前饋時間常數：檢查MD32800設置是否過小，連接HMI軟件并使用其跟蹤功能調整合理的前饋時間;③檢查加速度相關參數：檢查MD32431設置不能過大，針對精加工的參數組應小于20。

1.2 曲面加工中根切問題管控的具體處置策略

1.2.1 系統檢查公差及點位

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

對于點位的分布不均、壞點等問題，該系統可以通過JAVA API協議與AMWP軟件連接通過AMWP得出該產品的點位分布圖，然后通過文件傳輸到該系統進行分析點位分布狀態，對于點位分布不均等再次回傳至AMWP軟件并重新畫出新的點位分布圖。如圖2所示。

1.2.2 系統檢查并調整參數

引起過切常見的參數問題，主要為前饋時間過小，加速度過大和參與插補的軸計算增益不一致。對于前饋時間過小的處置，系統可以通過連接HMI軟件的跟蹤功能，監控變量來確認參數設置是否合適。

管理系統可以在軸診斷界面中檢查每個軸的計算增益值，用固定速度使每一個軸分別運動，可以檢查出每個軸在該速度下的計算增益值，來確定參與插補的軸是否一致。

1.3 管控與優化的處理流程

管控與優化的處理流程圖如圖3所示。

2 ?曲面加工根切優化的實踐驗證

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重的過切痕跡。

通過系統檢查其公差數發現其中CYCLE832指令中的公差設置過大為0.05mm。系統接收到CAM軟件回傳的公差設置應為0.005mm。由于公差設置過大，導致模具底部交界處出現了嚴重根切現象，通過系統給該產品設置正確的公差數值，使CYCLE832指令中設置與CAM軟件相同的公差大小。處理后的產品解決過切問題，如圖5所示。

2.2 測試案例二

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

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

3 ?結論

針對零件實際加工中因設備參數設置而進行自適應工況的調整，進而達到加工優化管控的目的，正是智能制造技術應用的內容之一。我們本次利用計算機JAVA編程開發的系統設計，就是通過API協議與CAM、AMWP、HMI工具軟件進行軟硬件間數據的連接，再通過對比檢查模具公差、點位、參數等數據與工具軟件回傳的數據文件，進而分析出導致模具產生加工過切的具體原因，并有針對性的生成處理結果，能對現有模具加工中過切問題實施多種方式的解決路徑。經過多次實際機床加工模具的實驗，結果表明該管理系統對于模具的加工過切問題具有可行性，提升了實際數控機床加工的平滑軌跡，提高實際加工產品的成功率，可為未來解決數控技術應用中各種問題提供參考。

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基金項目：某型號真空爐淬火工裝高精度“回轉體外圓多孔形狀產品”控車床機械加工工藝研究（項目編號：NJZY21354）。

作者簡介：雷彪（1984-），男，內蒙古呼和浩特人，內蒙古機電職業技術學院，實訓中心主任，高級工程師，研究方向為機械制造。