基于零件族的數控編程實例

方振紅, 方春華, 孫健, 周德民, 張偉

（中國兵器工業集團 江山重工研究院，湖北 襄陽 441100）

1 基于零件族的數控編程

1.1 零件族和成組技術

零件族是具有相似特征的零件所組成的族群。產品的模塊化、標準化、系列化，產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。成組技術在機械加工方面的應用，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統一的最優方案，以期取得規模經濟效益[1]。

在CAD/CAM、CAPP、PDM系統中都用到了成組技術的思維和原理，成組技術與數控技術都能提高多品種小批量零件的生產效率。

1.2 基于零件族的數控編程

在數控編程工作中，按照成組技術原理，應盡可能地針對歸并成組的零件族進行數控程序設計。基于零件族的數控編程，就是把具有共性（相似性）的工作集中進行，使其標準化、參數化，在避免低效重復勞動的同時，滿足全族零件的數控加工需求。

原本UG軟件的部件族工具，只是通過變量表達式創建一個模板零件，再使用電子表格中的數據，創建一系列類似的零件，實現快速參數化設計[2]。實際上，借助UG部件族工具，還可以實現基于零件族的數控編程。此外，通過UG的加工模板定制，也可以實現基于零件族的數控編程。

基于零件族進行數控編程，除了采用CAM軟件，還可以采用手工宏程序。下面，結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例

某彎管機構，其組件圓模有7種規格，尺寸RA、RB、RC分別形成數值系列，構成零件族，如圖1所示。

圖1 圓模零件族圖樣

2.1 基于零件族的CAM自動編程

2.1.1 利用UG部件族工具編程

具體過程如下。

1）參數建模。包括創建表達式、應用表達式建模兩個步驟。

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

圖2 圓弧環槽曲面加工

3）創建同族零件。包括部件族參數設置、編輯Excel表格、調用Excel表格參數3個步聚。

其中，在調用Excel表格參數時，應框選除第一行外的相應參數，再點擊“加載項”菜單，在“部件族”下拉菜單中選擇“創建部件”命令，從而在指定文件夾中生成其余圓模零件的UG文檔，實現“從共性到個性”的參數化重用。

4）同族零件的CAM編程。部件族工具生成的圓模零件，都自動繼承了典型零件加工工序中的相關參數，最大限度地重用了信息。因為它們的屬性為只讀，所以在刀軌重生后，需要改名另存。當某工序重生失敗時，可以重建或重新指定驅動曲面，再重生刀軌。對所需工序刀軌進行后處理，即可獲得具體零件的數控程序。

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，實現基于零件族的數控編程，使參數標準化、勞動輕量化。其原理是：將精心配置完成、附含典型工序的復合零件的UG文檔存儲為模板文件，再進行信息重用。

利用加工模板編程有兩大步驟。

1）定制加工模板，包括3個步驟。

a.幾何視圖和機床視圖的模板設置。首先，展開工序導航器的幾何視圖，全選幾何體GEOMETRY及其各級子項，在快捷菜單中選擇“對象”的“模板設置”命令，勾選模板設置的兩復選項；接著展開機床視圖，進行機床視圖的模板設置，同樣勾選兩復選項（如圖3）。

圖3 模板設置復選項

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通用選項文件編輯

2）利用定制的加工模板編程。

重啟UG,進入“加工”應用模塊，彈出加工環境對話框，在“要創建CAM設置”欄就會呈現出新添加的YuanMu模板，選擇YuanMu模板之后，可分別進入幾何和機床視圖，相應的工序和刀具都會展現于其中，而且相應的切削參數、非切削參數、加工策略設置等參數都在相關工序中得到了繼承（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，適應的零件范圍更廣闊，提高了編程的自動化、標準化程度。

基于零件族編程, UG軟件的兩種途徑有共同的缺點——無法共享數控程序。

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進行參數化編程”的理念[4]，正好解決了CAM軟件編程無法共享數控程序的缺點。

含有變量、算術或邏輯運算、條件判斷、程序循環語句，用于完成一定功能的數控程序稱為宏程序。宏程序最大的優點為：邏輯嚴密、短小精悍、修改方便、通用性強。這些特點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，整個環槽加工特征的宏程序必然也分為3段。

圖6 環槽模型及刀片圓心的軌跡

工件坐標系原點設在工件上表面的RB圓弧的圓心，3段圓弧曲面的編程模型原點皆為圓弧自身的圓心。以角度為自變量，X、Z軸坐標為因變量，相鄰圓弧間的切點對應的角度，采用反正弦函數計算；R2圓弧的圓心Z軸坐標，采用勾股定理計算，發那科數控系統順序結構的數控程序如下。

整個環槽加工特征的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，其刀位點為刀片圓心所在平面與刀具軸線的交點。因此，對刀時刀長要減去3 mm；加工其他規格的圓模，只需修改RB、RC的相應變量即可；如果RC圓弧規格較小，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調試，提高了加工效率。

3 結論

圓模零件族的編程實例表明：基于零件族進行數控編程，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。基于零件族進行數控編程，可減少重復勞動，能提高生產效率。宏程序通用性好，修改方便，能最大限度地重用信息，無須重復調試，是零件族加工特征編程的最佳選擇。