用于双刀架数控车床加工的CAPP（上）

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　　双刀架数控车床采用多刀同时切削，能缩短工时，提高生产效率，在批量生产中得到应用。数控加工的几何数据和工艺数据，是NC机床工作的原始依据，由被加工零件的图纸确定。用自动编程系统进行数控编程，必须以某种CAPP的方式获取工艺路线、走刀轨迹、切削参数以及辅助功能(换刀、变速、冷却液开停等)。

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　　对于毛坯尺寸偏差大的工件的数控加工，若按传统的编程方式，就必须按照最大毛坯尺寸编程。如果按最大尺寸编程，一则加工效率较低，再则会在某种情况下造成空切，而在另外某种情况可能会造成过切。过切的后果，轻则影响刀具耐用度，重则损坏刀具影响机床的精度。所以，毛坯偏差大的工件的数控加工最好是根据每个工件的具体情况，来确定加工该工件的切削参数(如切削余量、走刀次数等)。本编程系统借助数控系统的刀具监控功能，在线测量工件上的一些关键点(称作测量点)的加工余量分布情况，在加工过程规划中确定工步所通过的测量点(一个或多个)，由此得到本工步的切削参数。本文以我们为马钢公司车轮轮箍分公司开发的“双刀架数控车床图形自动编程系统”为例，研究双刀架数控编程系统的CAPP技术。该自动编程系统以Microstation为图形平台，实现了CAD/CAPP/NCP的系统集成。

　　2双刀架数控车床自动编程CAPP的特点

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　　双刀架数控车床是一种高效的数控机床，由于采用双刀同时切削，所以能够有效地缩短单件加工时间，显著地提高了生产率。而生产率提高的程度取决于左右刀架重叠加工时间的长短，也就是说双刀应尽可能地同时加工工件的不同表面。本文以德国Diedesheim机床公司生产的VF120—RW双刀架立式数控车床(该机床配有两套SINUMERIK—810T数控系统)加工火车车轮为例进行分析研究。该机床的数控系统采用主从控制方式，其左刀架数控系统为主系统(机床主轴速度等由左数控系统控制)，右刀架数控系统为从系统，左、右两个数控系统以M21指令来协调两个刀架的动作，以R参数传递数据。据统计其加工效率可以比单刀架数控车床提高30%以上。

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　　双刀架数控车床自动编程的加工过程规划CAPP有别于普通的单刀架数控车床自动编程的CAPP过程。因为在进行CAPP时，加工的切削参数是未知的，实际使用的切削参数是在加工过程中通过测量得到的。在进行CAPP时，必须要指定工步加工轨迹所经过的测量点(一个测量点或多个测量点)的信息。双刀架数控车床加工过程规划CAPP的复杂性还体现在必须保证能对用户的规划过程实施足够的监控，确保不会造成加工时工艺系统的几何干涉和工艺干涉。加工过程规划CAPP以数控系统的M21指令(左右刀架动作协调指令)来对用户的规划进行可行性检验，以确保加工时左、右刀架在任何情况下都能正确工作，不会有干涉现象发生。系统设计为用户的CAPP提供了极大的方便，左、右刀架工步的规划既可以轮流进行，也可以一边完成后再规划另一边的工步。

　　3零件的几何信息和工艺信息的提取

　　加工过程规划CAPP是以人机交互方式规划零件加工的一个工序的各工步，工步是加工过程规划CAPP数据存取的基本单元，以工步ID来标识工步；以双向链表来组织规划数据，方便数据的存储和修改操作，从而确保加工过程规划CAPP有足够的灵活性(规划过程及工步工艺参数的可修改)。每个工步数据由刀具运动轨迹数据和切削工艺数据两个部分构成。由于记录工步数据量很大，故用结构来记录这些信息，以协调数据的内在联系，同时又方便了数据的操作。

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　　系统充分利用Microstation系统的GUI技术，以对话框和符合Motif标准的控制进行人机交互。系统人机界面友好、操作方便。用户以鼠标和键盘进行人机交互，工步的几何数据用鼠标在CAPP图形文件中点取零件轮廓的方式获得；工步的工艺数据用鼠标和键盘结合的方式输入。

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　　加工过程规划CAPP以测量过程规划的图形文件和测量点R参数文件为输入，以刀具清单为加工的装刀依据；输出加工规划图形文件，加工过程规划CAPP数据文件。

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　　一般工步规划由五个部分组成，它们分别为：切削段、切入段、切出段、试刀段和工步ID放置。加工轮廓的切削段一般由若干个几何图素(直线或圆弧)组成，进行CAPP时按切削的顺序依次选取这些图素。工步规划的顺序为：切削段的规划，切入段的规划，切出段的规划，试刀段的规划(可选)和工步ID的放置。工步以工步ID进行标识。

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　　图1加工过程规划CAPP模块结构图

　　图2加工过程规划CAPP主控对话框

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　　在进行加工过程规划CAPP模块设计时(图1，图2)，为了适应不同类工件的加工，提高数控加工的柔性，设计了多种刀具切入模式以供选择，这主要有：

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　　(1)法向到工件首先选择切入点所在图素，然后再选择切入段起点，加工时刀具从规划的切入段起点沿加工面的法向切入。这种方法主要用于已知切入段起点位置的场合。

　　(2)法向从工件先选择切入段的终点，然后再确定切入段起点的位置。这种方法主要用于已知切入段终点位置的场合。加工时沿加工面的法向切入。