在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家，模具產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)80年代就開始發(fā)展無職守自動化數(shù)控加工技術(shù)，到目前已有20余年的歷史，技術(shù)較成熟。一些日本的模具企業(yè)自動化數(shù)控加工比例已能達(dá)到50%以上。

　　在我國，由于模具產(chǎn)業(yè)起步晚，人工費(fèi)用低，在自動化數(shù)控加工方面起步也晚。如今，汽車工業(yè)的快速發(fā)展帶動了中國模具產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，國內(nèi)的一些模具企業(yè)也開始追求并嘗試“無人職守”自動化數(shù)控加工技術(shù)，以求達(dá)到少人化操作，節(jié)省大量人工成本、降低勞動強(qiáng)度，同時通過追求可無人職守的自動化加工，提升NC程序質(zhì)量和數(shù)控加工水平，讓模具加工更可靠、高效、實(shí)物質(zhì)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(shù)控加工工藝流程

　　數(shù)控編程首先要根據(jù)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(jī)床、刀具、夾具等因素，選擇合理的工藝流程。

　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(zhǔn)確性提出了更高的要求。

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

　　2)保證程序的安全性、可靠性，規(guī)劃合理的加工順序，保持加工余量均勻。結(jié)合機(jī)床刀庫數(shù)據(jù)做好碰撞檢測，避免碰撞扎刀等現(xiàn)象的發(fā)生。

　　3)工藝性要考慮加工效率、刀具磨損和機(jī)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(shè)置參數(shù)必須與加工機(jī)床相匹配。

　　要設(shè)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(jīng)驗(yàn)外，加工方案的實(shí)現(xiàn)和程序質(zhì)量的保證還需要先進(jìn)的CAM軟件平臺。

　　如：為了實(shí)現(xiàn)無人職守自動化加工，傳統(tǒng)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(jī)床負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定。另外，機(jī)床滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，不確定性高，難以保證加工質(zhì)量和高效率的要求，不適合無人職守加工。一些專業(yè)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(fèi)，保證無人職守技術(shù)對機(jī)床、刀具、負(fù)荷等方面的要求。

2 自動化加工的NC程序設(shè)計

　　2.1 WorkNC軟件

　　WorkNC軟件是法國Sescoi公司面向加工制造業(yè)的全自動化計算機(jī)輔助制造(CAM)軟件。有多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，有專門針對CAM的CAD模塊，能完成零件分析、曲面填補(bǔ)、邊界線的建立和簡單曲面的建立等功能，非常實(shí)用。WorkNC能產(chǎn)生良好的走刀路線，同時它還具備完善的模板調(diào)用功能，強(qiáng)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(shí)現(xiàn)(利用WorkNC軟件實(shí)現(xiàn))

　　圖2為某車型前車門內(nèi)板的拉延凸模。此零件型腔深、結(jié)構(gòu)復(fù)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(shù)控加工中的應(yīng)用。

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(diào)用加工模板，給必要的路徑選擇合適的邊界線及驅(qū)動線并運(yùn)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(fù)合型毛坯和CAD模型等方式，復(fù)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。WorkNC的層切開粗和二次開粗功能非常強(qiáng)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(shí)現(xiàn)無職守加工。

　　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(jī)床負(fù)荷的變化。同時因切削力小，也有效保護(hù)了機(jī)床。體現(xiàn)在自動化上的優(yōu)勢，操作者不再需要隨著機(jī)床負(fù)荷的變化而隨時調(diào)整進(jìn)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(jù)實(shí)際工件的需要靈活運(yùn)用。該件型腔復(fù)雜，平坦處與立壁處刀具的切削狀態(tài)是不一致的。平坦處刀具的切削點(diǎn)在球頭刀的刀尖點(diǎn)附近，而立壁處則是用球頭刀的側(cè)刃處切削，同樣的轉(zhuǎn)速側(cè)刃比刀尖點(diǎn)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(qū)與側(cè)壁處分開的程序。平坦區(qū)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(biāo)軸X軸方向加工，采用轉(zhuǎn)速4500r/min，進(jìn)給4000mm/min。而立壁區(qū)域使用從R弧處提取的驅(qū)動線，使用3D沿面精加工，采用轉(zhuǎn)速3500r/min，進(jìn)給4000mm/min，刀具路徑由高到低，一層一層加工下來。

　　2.2.3 清根方案

　　由于自動化數(shù)控加工的實(shí)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(jīng)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(dú)劃分出來。在WorkNC軟件中，引入了刀具碰撞檢測功能。

　　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(diǎn)選刀具碰撞檢測按鈕，在執(zhí)行模式中選擇“只計算推薦的安全刀長”，并在參數(shù)設(shè)定中輸入有效刀長、刀把和曲面預(yù)留等參數(shù)。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(shù)據(jù)，否則，進(jìn)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(shí)施自動化加工，有碰撞部分需要更換長刀或機(jī)床調(diào)頭加工。

　　2.2.4 輪廓加工方案

　　用WorkNC生成的輪廓程序可實(shí)現(xiàn)三維層切，并且可根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，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(shí)現(xiàn)自動化加工。

　　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(shè)置的工藝參數(shù)是否合理，零件在數(shù)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(guān)重要的環(huán)節(jié)。

　　WorkNC內(nèi)部提供的仿真模塊比較完善，分為漸進(jìn)式模擬和3D模擬。漸進(jìn)式模擬使用起來不需要制作毛坯，只需將包含機(jī)床及刀具參數(shù)的程序打開，執(zhí)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(jié)果更加直觀。3D模擬時將比例設(shè)成1:1，如有加工不到位或加工表面質(zhì)量問題，基本上都能提前預(yù)知。

3 結(jié)論

　　采用WorkNC軟件編程一定程度上優(yōu)化了數(shù)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(shí)現(xiàn)提供了保障。隨著CAM技術(shù)和數(shù)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(shù)及排產(chǎn)方式將逐漸成為模具行業(yè)的發(fā)展趨勢。