一种小批量多品种零件数控编程方法

井平安，郭巍，杨建新，李睿，陈远洋

（清华大学 基础工业训练中心，北京100084）

0 引言

随着科技的不断发展，产品的种类越来越丰富，尤其是某种受欢迎的产品，会延伸出同类的、具有部分相似的产品。这种同类的、相似度较高的产品，在使用数控机床进行生产制造过程中，按照传统的编程模式[1]，需要根据每个零件的特点来进行分析，制定相应的加工工艺，然后对每个零件进行相应的编程。这种传统方法消耗时间长，需要做大量的重复性的工作。同理，在高校数控铣实训过程中，要求同学们按照所提供的统一毛坯，进行同一方向的个性化设计，设计完成后，在编程加工的过程中会做大量重复性的动作，因此根据实际需求，依据所用编程软件，制作相应的加工模板，提高同类、不同零件的编程效率，降低人工成本[2]。

1 零件结构分析与编程

1.1 编程软件简介

本文采用北京精雕集团开发的SurfMill 7.0数控编程软件进行数控程序的编写，SurfMill7.0是一款优秀的国产编程软件，一般与北京精雕数控机床配套使用，所编写的程序也可利用其它机床进行加工。

1.2 零件结构分析

下面以我校铣削实训教学项目—印章的铣削加工为例。零件模型如图1所示，零件尺寸为15 mm×15 mm×45 mm。按照常规零件的编程思路[3]，根据单一印章的特点，需要对该零件进行四面加工，分别为顶部弧面、两侧面圆孔和印章底部印文部分，因铣削教学实训时间限制，对印章顶部弧面和两侧面圆孔，规定成统一样式，印章印文部分，让学生在印章底部范围内进行自由设计，因此根据印章设计要求，三面需加工表面统一批量加工，印章最重要的底部印文需单独加工。印章底部印文造型部分的加工，因为让学生们自由设计，每个印章所设计的印文内容均不相同，如按照传统数控编程方式，每个印章底部印文部分不能进行批量编程，需要对每个印章进行单独编程[4]。

图1 印章模型

1.3 零件编程

根据上面所分析的零件特点，印章底部印文编程过程（以阳文印文为例）为：首先在Surfmill软件2D绘制模式下，绘制想要加工的印文图案或文字，然后将其放在15 mm×15 mm的正方形框架内，如果需要制作的是阳文印章，则需要将外框向内等距0.6 mm，以便作为外边框；然后选择字体样式，输入文字内容，调整文字大小和位置；文字调整完毕，将整个图案通过变换并入Surfmill软件3D造型模式下，调整图案，使得加工坐标系创建在印章下表面中心位置；然后对印文进行整体镜像，以便印文印出的文字为正的，然后进入Surfmill软件加工模式下，对印章印文部分进行编程，编程过程中，首先建立刀具表，根据印章加工特点，确定使用φ8 mm的平底刀和30°、0.2 mm的锥度平底刀进行加工，建立所选刀具后，按照实际毛坯大小进行毛坯设置，设置毛坯大小为15 mm×15 mm×45 mm, 利用单线切割模式，将毛坯表面铣削掉0.5 mm，利用单线切割编程时，根据所选刀具直径利用辅助路径进行编程；对印文部分编程时，使用区域切割模式进行编程，选中需要加工的区域，设置加工参数，进行模拟加工计算，然后对所编写程序进行模拟加工，模拟加工没有问题，则进行程序输出，程序输出后即可在真实机床上进行加工。印章的印文部分加工路径如图2所示。

图2 创建加工路径

1.4 问题分析

上面所述为单个印章印文的编程过程，但是对不同印章，这类小批量多品种零件在利用Surfmill进行编程时，按上面传统编程模式，需要对每个零件都进行坐标系建立、路径设置等编程过程。或者可以采用模型替换的方法，直接将已经编程好的文件，保存为默认escam格式文件，复制到Surfmill3D环境打开，在3D模式下，直接删除原模型，输入新的3D模型，然后处理模型，更换加工域,重新计算路径。利用Surfmill的这两种传统数控编程模式，第一种消耗时间过长，需要对每个零件都建立坐标系、进行路径设置，需要进行大量重复性动作；第二种模型替换的编程模式，需要对文件进行拷贝替换，在拷贝文件时候，文件容易损坏，或者在输入新的模型时，因软件识别原因，模型的输入格式受到限制。因此以上两种利用Surfmill进行编程的传统编程模式，都不适合小批量多品种零件的编程，都制约着小批量多品种零件的编程效率。

2 项目模板建立和使用

针对利用Surfmill对小批量多品种编程所遇到的问题，利用数控编程软件Surfmill提供的项目模板功能，将某个模型所规划好的所有路径或单条路径作为项目模板，在后期加工同类或同特征的新零件时，直接调用项目模板，不需要再对新零件进行新的路径规划，能大大缩短后期同类或同特征零件的编程时间，提高加工效率[5-6]。

2.1 项目模板建立

以印章为例，介绍下路径组项目模板建立过程。如图3所示，针对已经编好程序，设置好加工参数的一个印章，选中所要作为模板的路径组→加工项目→保存为路径模板。针对印章铣削加工编程过程，建立印章模板，命名为印章模板（阴或阳）。

图3 保存项目模板

不只是整个加工路径组可以建立模板，单个路径也可以建立模板，单个路径模板建立（如图4）：加工模式下→刀具平面→右键→路径模板→添加→添加单条路径模板→设置参数→确定。

图4 单路径项目模板

2.2 项目模板的使用

在加工同类零件时，调入零件模型后，进入加工模式，点击项目→应用项目模板→加载需要的项目模板→确定，如图5所示。单个路径调用模板为刀具平面→右键→路径模板→选择已添加的单条路径模板→确定。

图5 加载项目模板

在加载项目模板后，所对应的路径组不能直接使用，还需要对模板里的加工区域进行重新选择，通过右键选择加工域，然后选择加工路径下需要加工的区域，所有路径选择完成后，进行重新计算（如图6、图7），计算完毕后即得到所需零件的加工路径，然后对零件加工路径进行输出，编程结束。单个路径调用路径模板后，也需要对加工区域进行重新选择，选择后进行路径重算。单个路径模板的使用范围比路径组模板使用范围更广，路径组模板可供小量、多品种零件使用，而单个路径模板，无论零件是否相似，只要零件材质、加工要求相同，那么只需要2个零件具有相同的1个或几个特征，针对其1个或几个特征可以使用单条路径模板，大大节约编程时间。

图6 重新计算前结果

图7 重新计算后结果

3 结语

数控编程中项目模板的使用，使数控编程人员在编制小量、多品种、相似度较高的零件程序时，不需要再对零件进行路径规划[7]，节省了大量的编程时间。项目模板在复杂零件编程时，也同样适用，在相似复杂零件（三轴、多轴）编程过程中，只需高级编程人员设定好项目模板[8]，具有初级或中级能力的数控编程人员只需调用模板，替换项目模板中的加工区域，就能得到所需的数控加工程序，顺利完成相似复杂零件的编程；同时利用单个路径模板[9]功能，针对不同类零件，只要其某1个或多个特征相似，也可以直接调用单个路径模板，降低了企业生产成本，减少了数控编程中错误的发生，提高了编程效率，在企业实际生产过程中，具有较强的实用性。