WorkNC在模具自動化加工編程中的應用

在歐美、日本等發達國家，模具產業從20世紀80年代就開始發展無職守自動化數控加工技術，到目前已有20余年的歷史，技術較成熟。一些日本的模具企業自動化數控加工比例已能達到50%以上。

在我國，由于模具產業起步晚，人工費用低，在自動化數控加工方面起步也晚。如今，汽車工業的快速發展帶動了中國模具產業的進步，國內的一些模具企業也開始追求并嘗試“無人職守”自動化數控加工技術，以求達到少人化操作，節省大量人工成本、降低勞動強度，同時通過追求可無人職守的自動化加工，提升NC程序質量和數控加工水平，讓模具加工更可靠、高效、實物質量更高。

1 覆蓋件模具NC自動化加工對程序的要求

1.1 模具數控加工工藝流程

數控編程首先要根據零件的幾何形狀、表面粗糙度、加工精度、同時考慮零件的剛性、變形以及機床、刀具、夾具等因素，選擇合理的工藝流程，如圖1所示。

1.2自動化加工對NC程序的要求

自動化加工對程序的安全性、可靠性、工藝性和準確性提出了更高的要求。

1)首先要保證程序本身的準確性，做到加工到位，并做好模擬仿真，避免錯誤的發生。

2)保證程序的安全性、可靠性，規劃合理的加工順序，保持加工余量均勻。結合機床刀庫數據做好碰撞檢測，避免碰撞扎刀等現象的發生。

3)工藝性要考慮加工效率、刀具磨損和機床震動等因素。選用刀具情況及程序提供的F(r/min)、S(mm/min)等設置參數必須與加工機床相匹配。

要設計出滿足上述要求的NC程序，除了編程人員具有高超的技能和豐富的經驗外，加工方案的實現和程序質量的保證還需要先進的CAM軟件平臺。

如：為了實現無人職守自動化加工，傳統的開粗工藝多采用大刀徑球頭刀沿面開粗，此種工藝加工效率高，但由于吃刀量大、毛坯變形和加工余量不均勻等因素很難做到機床負荷持續穩定。另外，機床滿負荷運轉，不確定性高，難以保證加工質量和高效率的要求，不適合無人職守加工。一些專業的編程軟件提供的編程方法，能滿足“小吃刀、輕切削”的高速加工，極大程度上保證程序安全性，減小提刀浪費，保證無人職守技術對機床、刀具、負荷等方面的要求。

2自動化加工的NC程序設計

2.1WorkNC軟件

WorkNC軟件是法國Sescoi公司面向加工制造業的全自動化計算機輔助制造(CAM)軟件。有多種數據轉換接口，有專門針對CAM的CAD模塊，能完成零件分析、曲面填補、邊界線的建立和簡單曲面的建立等功能，非常實用。WorkNC能產生良好的走刀路線，同時它還具備完善的模板調用功能，強大的刀具路徑編輯功能，殘余毛坯計算，防過切功能等，都為編程人員提供了方便。

2.2加工工藝實現(利用WorkNC軟件實現)

圖2為某車型前車門內板的拉延凸模。此零件型腔深、結構復雜，為了盡量降低鉗工手工修研的工作量，要求加工精度高，屬于較難加工的零件。該拉深凸模采用的材料是HT300。

下面以此拉深凸模為例，介紹WorkNC軟件在無職守自動化數控加工中的應用。

圖2 某前車門內板拉深凸模

WorkNC編程的流程是，加載工件、毛坯及邊界曲線，察看工件讀入的正確性，調用加工模板，給必要的路徑選擇合適的邊界線及驅動線并運算，生成刀軌。

2.2.1粗加工方案

WorkNC毛坯的建立有鑄件毛坯、矩形毛坯、復合型毛坯和CAD模型等方式，復合型毛坯適用于鑄鐵或者鑄鋼件中間鑲鍛件工具鋼的情況。

此工件是鑄件，采用鑄件毛坯，生成等高層切的刀具路徑，如圖3所示。WorkNC的層切開粗和二次開粗功能非常強大，幾乎能將干涉碰撞的可能降為零。只有這樣，才能在開粗的過程中實現無職守加工。

圖3 一次開粗和二次開粗刀具路徑

程序每層切削1mm，刀具路徑是由高到低，這樣既保證了程序的安全性，又能最大程度上避免毛坯余量不均勻造成機床負荷的變化。同時因切削力小，也有效保護了機床。體現在自動化上的優勢，操作者不再需要隨著機床負荷的變化而隨時調整進給速度。

2.2.2中加工及精加工方案

中加工與精加工一般采用相近的走刀方式。WorkNC有多種精加工工藝方案，如：3D沿面精加工、等高精加工和最佳化等高精加工、投影精加工和最佳化投影精加工等，可以根據實際工件的需要靈活運用。該件型腔復雜，平坦處與立壁處刀具的切削狀態是不一致的。平坦處刀具的切削點在球頭刀的刀尖點附近，而立壁處則是用球頭刀的側刃處切削，同樣的轉速側刃比刀尖點附近線速度要高很多。因此這個件的中加工與精加工都采用平坦區與側壁處分開的程序。平坦區域采用WorkNC的投影精加工，從R弧切線處提取邊界，采用平行于座標軸X軸方向加工，采用轉速4500r/min，進給4000mm/min。而立壁區域使用從R弧處提取的驅動線，使用3D沿面精加工，采用轉速3500r/min，進給4000mm/min，刀具路徑由高到低，一層一層加工下來(見圖4)。

圖4 中加工和精加工的刀具路徑

2.2.3清根方案

由于自動化數控加工的實施，清根方案采用留余量單刀清根配合多刀清根使用。

由于小刀相對較短，起伏大的型面，經常有刀具加工不到的地方，這就需要把較深部位的刀路軌跡單獨劃分出來。在WorkNC軟件中，引入了刀具碰撞檢測功能，其功能設置界面如圖5所示。具體流程如下：

第一步：計算最短安全刀長。選中需要計算最短安全刀長的刀具路徑，并點選刀具碰撞檢測按鈕，在執行模式中選擇“只計算推薦的安全刀長”，并在參數設定中輸入有效刀長、刀把和曲面預留等參數。通過計算，如果有效刀長大于推薦的安全刀長則用此刀長數據，否則，進行第二步。

第二步：依照有效刀長來分割程序。選擇“分別存儲碰撞與沒有碰撞部分”，計算生成各自的刀路軌跡，如圖6所示。沒有碰撞部分可實施自動化加工，有碰撞部分需要更換長刀或機床調頭加工。

2.2.4輪廓加工方案

用WorkNC生成的輪廓程序可實現三維層切，并且可根據設定的參數，控制不同刀具每一層的切削量，從而在保證安全的前提下實現自動化加工。WorkNC所做的輪廓層切程序刀具路徑如圖7所示。

圖7 輪廓刀具路徑

2.3加工過程仿真

仿真模擬功能可觀察切削加工的全過程，檢測設置的工藝參數是否合理，零件在數控加工過程中是否干涉，加工是否過切等，是程序編制過程中一個至關重要的環節。

WorkNC內部提供的仿真模塊比較完善，分為漸進式模擬和3D模擬。漸進式模擬使用起來不需要制作毛坯，只需將包含機床及刀具參數的程序打開，執行刀軌路徑模擬即可。3D模擬需要建立方形毛坯，仿真速度慢些，但仿真結果更加直觀。3D模擬時將比例設成1:1，如有加工不到位或加工表面質量問題，基本上都能提前預知。

3結論

采用WorkNC軟件編程一定程度上優化了數控加工工藝，提高了加工效率，保證了加工安全性并使加工精度大大提升，尤其是殘料毛坯的計算及防碰撞功能上，都為自動加工的實現提供了保障。隨著CAM技術和數控加工水平的提高，人工成本的不斷增加，追求少人化的自動化加工技術及排產方式將逐漸成為模具行業的發展趨勢。