計算機的快速普及和推廣帶動了硬盤產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，磁盤驅(qū)動架作為其關(guān)鍵零部件也得到了長足發(fā)展。磁盤驅(qū)動架的供應(yīng)商越來越深刻地意識到：傳統(tǒng)的設(shè)計、加工和生產(chǎn)方式已經(jīng)難以滿足其快速發(fā)展的需要，只有通過引入新的制造技術(shù)和理念才能有新的突破，才能在眾多的生產(chǎn)競爭中取得優(yōu)勢地位。以某公司為例，其擁有1000多臺加工中心，具有強大的生產(chǎn)能力，但尚處在手工編程的半自動化階段。手工編程存在兩大主要缺陷：首先，編程的速度相對較慢，效率較低；據(jù)統(tǒng)計，一個零件的編程時間與在機床上實際加工時間之比平均約為30:1，而數(shù)控機床不能開動的原因中有20%～30%是由于加工程序編制困難，編程所用時間較長，造成機床停機。其次，編程的質(zhì)量難以保證，人為的失誤難以避免。另外，該公司在樣品的試制和程序調(diào)試過程中，尚停留在“事后處理”的階段，即試加工，加工完后發(fā)現(xiàn)問題，修改程序再試加工，直至最終程序達到加工的要求。一旦程序出現(xiàn)錯誤，將會引起很多的事故，比如撞刀、過切等，這就導(dǎo)致了大量人力、財力、物力的損失。

1 磁盤驅(qū)動架加工流程分析

    將虛擬加工技術(shù)應(yīng)用于磁盤驅(qū)動架的設(shè)計、試制與制造很有必要。虛擬加工是針對不同的加工要求，根據(jù)實際加工情況建立數(shù)學(xué)模型，采用適當(dāng)?shù)姆抡娣椒M實際加工的過程。采用計算機支持的自動NC編程技術(shù)及計算機仿真技術(shù)對避免磁盤驅(qū)動架生產(chǎn)過程中發(fā)生上述問題具有重要意義，同時對公司的發(fā)展也是至關(guān)重要的。

    1.1 CAM選型

    通過綜合比較，選用EdgeCAM作為磁盤驅(qū)動架虛擬加工的平臺。EdgeCAM是自動化數(shù)控編程軟件，它提供多個軟件接口，可以與世界上絕大多數(shù)三維CAD軟件集成，如：SolidWorks、Pro/Engineer、NX、CATIA等，可以直接讀取三維零件文件。EdgeCAM可以完成零件的設(shè)計和加工編程工作，具有如下功能：建立一個設(shè)計模型，或讀取其它第三方軟件提供的零件模型；選擇生產(chǎn)該零件的數(shù)控設(shè)備；仿真整個加工過程；為選定的機床生成加工零件用的CNC代碼；計算機與機床之間的通訊；管理刀具數(shù)據(jù)庫等。

    1.2 磁盤驅(qū)動架的加工流程

    在加工過程中采用EdgeCAM11.0的特征加工的方法，先采用自定義特征的方法，然后對特征采用相應(yīng)的加工策略，這種方法可以使得幾何參數(shù)和加工軌跡實現(xiàn)聯(lián)動。

    不同類型磁盤驅(qū)動架的功能結(jié)構(gòu)相同。按加工工藝主要包括基準(zhǔn)面、頭孔、定位孔、三角孔、尾孔、指尖、指根、翼尾等。除了幾何相似之外，主要差別在于指根數(shù)量和翼尾形狀，所以加工過程基本相同。

    對于磁盤驅(qū)動架虛擬加工可以用EdgeCAM的以下5種加工策略來實現(xiàn)：輪廓加工（Profiling Operation）、孔加工(Hole Operation)、倒角(Champer Operation)、直接進給運動(快速進給、直線進給)、鍵槽銑。

    其中，加工基準(zhǔn)面是為了去除上表面余量，為后續(xù)加工定下基準(zhǔn)；加工指尖包括兩步，第一步是進行指尖開粗，為鉆孔排屑提供保證；第二步是在孔加工后回刀去除毛刺；加工翼尾是為了切出翼尾形狀；加工輪廓是為了保證輪廓精度；加工指根放在輪廓加工之后是為了保證輪廓加工的精度，該工序也是為鉆其上的孔排屑提供保證；利用孔加工策略，可以同時加工多個相似的孔，節(jié)省加工時間；之后就可以把零件從毛坯上切割下來，加工下一個零件。

2 磁盤驅(qū)動架虛擬加工研究

    在對傳統(tǒng)虛擬加工技術(shù)改進的基礎(chǔ)上。本文作者將接收到客戶需求直至批量生產(chǎn)之前，企業(yè)的所有計算機仿真支持的生產(chǎn)制造流程統(tǒng)稱為虛擬加工，其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括刀具庫建立、工藝編程、加工仿真、生成NC代碼。

    在數(shù)字化建模中，根據(jù)企業(yè)需求采用Solidworks作為其CAD平臺，完成零件、毛坯、夾具、機床的三維建模，該部分不作為本文的論述內(nèi)容。

    2.1 刀具庫的建立

    由于目前EdgeCAM版本中還不支持從其它CAD軟件中直接導(dǎo)入完全真實的刀具模型，所以只能在EdgeCAM中按照其提供的建刀方式來建立刀具模型。刀具模型的建立主要有兩種方式：自定義刀具形狀和設(shè)置或修改刀具的關(guān)鍵參數(shù)。其中，后者比較簡單，可以利用給出的所有關(guān)鍵參數(shù)，再通過定義不同刀具類型的一些特定調(diào)整參數(shù)即可快速建立刀具，所以不再加以說明。下面以一個復(fù)雜的自定義銑刀（鑼片刀）的建立過程對自定義刀具加以說明。

    鑼片刀是一個由多個片刀組合而成的復(fù)雜組合刀具，主要用來進行銑切加工，指根、指尖、翼尾等就是由不同組合的鑼片刀銑切加工的。其定義過程如下。

    (1)在EdgeCAM的Tool Store中新建刀具，設(shè)定刀具類型為銑刀，定義刀具名稱80X4_SEQ（刀具直徑X組合刀片數(shù)_產(chǎn)品名稱）。

    (2)根據(jù)刀具設(shè)計要求設(shè)定刀刃直徑80mm，刀刃厚度5mm，刀刃齒數(shù)40，刀柄長度20mm，刀柄直徑32mm。

    (3)進入刀具自定義圖形中，按照刀具幾何尺寸繪制圖形，并指定刀刃、刀柄和刀套的繪制基準(zhǔn)(CPL)。刀刃CPL是刀具的基準(zhǔn)，也是編程時的控制點，從這點開始定義刀刃的長度；刀柄CPL是刀柄圖形定義的起始點，該點和刀刃CPL間的距離即為刀刃的長度：刀套CPL是刀套圖形定義的起始點，該點和刀柄CPL間的距離即為刀柄的長度。

    (4)依次定義完刀刃、刀柄和刀套圖形后，選擇“保存刀具圖形”命令保存刀具圖形。轉(zhuǎn)到刀具庫，自動生成刀具。重復(fù)以上步驟可以定制出所有需要的刀具。

  2.2 工藝編程

    為了最大限度地提高加工工藝編程的效率，采用EdgeCAM中特征關(guān)聯(lián)的策略進行加工編程，從而保證當(dāng)產(chǎn)品進行局部或細(xì)小改動時，直接映射到加工模型上，只需在設(shè)定的加工工藝上重新執(zhí)行加工仿真即可。

    基本步驟包括：通過自動識別或人為的特征識別，確定需要加工的特征；根據(jù)加工特征和工藝要求，選擇相應(yīng)的加工策略如輪廓銑、孔加工等；選擇相應(yīng)的加工刀具，并設(shè)定加工的切削參數(shù)。

    2.3 加工仿真

    加工仿真和后處理是整個虛擬加工的核心，它的質(zhì)量直接決定了生產(chǎn)加工的質(zhì)量。在進行幾何仿真之前，首先將機床模型、夾具模型以及毛坯模型進行加載和定義，以便于仿真真實的加工過程，及時發(fā)現(xiàn)加工過程中存在的過切、碰撞以及余量等問題；在仿真加工確認(rèn)無誤之后，就需要進行相應(yīng)的后處理，即根據(jù)機床類型和生產(chǎn)加工參數(shù)，進行后處理加工模板的定制。EdgeCAM提供簡潔高效的定制方式，從而最大限度地定制出符合實際生產(chǎn)要求的機床后處理，為最終生成可以直接在該機床上執(zhí)行的NC代碼作好準(zhǔn)備。

    在所有單步工序仿真完成之后需對工序進行復(fù)制及工序合并才能完整地進行整個零件的加工仿真。

    2.4 NC代碼

    在加工仿真確認(rèn)無誤后可以直接生成NC代碼，在此過程可以合并和優(yōu)化加工工序，最后根據(jù)機床的實際情況進行NC代碼的生成，某一鉆孔工序的NC代碼如下：

3 結(jié)論

    實踐證實，在EdgeCAM平臺上將虛擬加工技術(shù)引入磁盤驅(qū)動架加工企業(yè)，為企業(yè)的設(shè)計生產(chǎn)加工一體化水平的提高奠定了良好的基礎(chǔ)，從而為企業(yè)在生產(chǎn)實踐中不斷引入先進制造技術(shù)提供了良好的契機。在本次虛擬加工實施過程中，由于企業(yè)數(shù)控機床現(xiàn)場控制功能沒有完善，使得NC代碼的調(diào)試和傳輸效率較低，作者在企業(yè)實施的下一步將會實現(xiàn)所有數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)和控制，從而進一步提升虛擬加工的效率。