1 前言 　　雙刀架數(shù)控車床采用多刀同時切削，能縮短工時，提高生產(chǎn)效率，在批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用。數(shù)控加工的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)，是NC機床工作的原始依據(jù)，由被加工零件的圖紙確定。用自動編程系統(tǒng)進行數(shù)控編程，必須以某種CAPP的方式獲取工藝路線、走刀軌跡、切削參數(shù)以及輔助功能（換刀、變速、冷卻液開停等）。 　　對于毛坯尺寸偏差大的工件的數(shù)控加工，若按傳統(tǒng)的編程方式，就必須按照最大毛坯尺寸編程。如果按最大尺寸編程，一則加工效率較低，再則會在某種情況下造成空切，而在另外某種情況可能會造成過切。過切的后果，輕則影響刀具耐用度，重則損壞刀具影響機床的精度。所以，毛坯偏差大的工件的數(shù)控加工最好是根據(jù)每個工件的具體情況，來確定加工該工件的切削參數(shù)（如切削余量、走刀次數(shù)等）。本編程系統(tǒng)借助數(shù)控系統(tǒng)的刀具監(jiān)控功能，在線測量工件上的一些關(guān)鍵點（稱作測量點）的加工余量分布情況，在加工過程規(guī)劃中確定工步所通過的測量點（一個或多個），由此得到本工步的切削參數(shù)。本文以我們?yōu)轳R鋼公司車輪輪箍分公司開發(fā)的“雙刀架數(shù)控車床圖形自動編程系統(tǒng)”為例，研究雙刀架數(shù)控編程系統(tǒng)的CAPP技術(shù)。該自動編程系統(tǒng)以 Microstation為圖形平臺，實現(xiàn)了CAD/CAPP/NCP的系統(tǒng)集成。 　　2 雙刀架數(shù)控車床自動編程CAPP的特點 　　雙刀架數(shù)控車床是一種高效的數(shù)控機床，由于采用雙刀同時切削，所以能夠有效地縮短單件加工時間，顯著地提高了生產(chǎn)率。而生產(chǎn)率提高的程度取決于左右刀架重疊加工時間的長短，也就是說雙刀應(yīng)盡可能地同時加工工件的不同表面。本文以德國Diedesheim機床公司生產(chǎn)的VF120—RW雙刀架立式數(shù)控車床（該機床配有兩套SINUMERIK—810T數(shù)控系統(tǒng)）加工火車車輪為例進行分析研究。該機床的數(shù)控系統(tǒng)采用主從控制方式，其左刀架數(shù)控系統(tǒng)為主系統(tǒng)（機床主軸速度等由左數(shù)控系統(tǒng)控制），右刀架數(shù)控系統(tǒng)為從系統(tǒng)，左、右兩個數(shù)控系統(tǒng)以M21指令來協(xié)調(diào)兩個刀架的動作，以R參數(shù)傳遞數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計其加工效率可以比單刀架數(shù)控車床提高30%以上。 　　雙刀架數(shù)控車床自動編程的加工過程規(guī)劃CAPP有別于普通的單刀架數(shù)控車床自動編程的CAPP過程。因為在進行CAPP時，加工的切削參數(shù)是未知的，實際使用的切削參數(shù)是在加工過程中通過測量得到的。在進行CAPP時，必須要指定工步加工軌跡所經(jīng)過的測量點（一個測量點或多個測量點）的信息。雙刀架數(shù)控車床加工過程規(guī)劃CAPP的復(fù)雜性還體現(xiàn)在必須保證能對用戶的規(guī)劃過程實施足夠的監(jiān)控，確保不會造成加工時工藝系統(tǒng)的幾何干涉和工藝干涉。加工過程規(guī)劃CAPP以數(shù)控系統(tǒng)的M21指令（左右刀架動作協(xié)調(diào)指令）來對用戶的規(guī)劃進行可行性檢驗，以確保加工時左、右刀架在任何情況下都能正確工作，不會有干涉現(xiàn)象發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)計為用戶的CAPP提供了極大的方便，左、右刀架工步的規(guī)劃既可以輪流進行，也可以一邊完成后再規(guī)劃另一邊的工步。 　　3 零件的幾何信息和工藝信息的提取 　　加工過程規(guī)劃CAPP是以人機交互方式規(guī)劃零件加工的一個工序的各工步，工步是加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)存取的基本單元，以工步ID來標識工步；以雙向鏈表來組織規(guī)劃數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)的存儲和修改操作，從而確保加工過程規(guī)劃CAPP有足夠的靈活性（規(guī)劃過程及工步工藝參數(shù)的可修改）。每個工步數(shù)據(jù)由刀具運動軌跡數(shù)據(jù)和切削工藝數(shù)據(jù)兩個部分構(gòu)成。由于記錄工步數(shù)據(jù)量很大，故用結(jié)構(gòu)來記錄這些信息，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，同時又方便了數(shù)據(jù)的操作。 　　系統(tǒng)充分利用Microstation系統(tǒng)的 GUI技術(shù)，以對話框和符合Motif標準的控制進行人機交互。系統(tǒng)人機界面友好、操作方便。用戶以鼠標和鍵盤進行人機交互，工步的幾何數(shù)據(jù)用鼠標在 CAPP圖形文件中點取零件輪廓的方式獲得；工步的工藝數(shù)據(jù)用鼠標和鍵盤結(jié)合的方式輸入。 加工過程規(guī)劃CAPP以測量過程規(guī)劃的圖形文件和測量點R參數(shù)文件為輸入，以刀具清單為加工的裝刀依據(jù)；輸出加工規(guī)劃圖形文件，加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)文件。 　　一般工步規(guī)劃由五個部分組成，它們分別為：切削段、切入段、切出段、試刀段和工步ID放置。加工輪廓的切削段一般由若干個幾何圖素（直線或圓?。┙M成，進行 CAPP時按切削的順序依次選取這些圖素。工步規(guī)劃的順序為：切削段的規(guī)劃，切入段的規(guī)劃，切出段的規(guī)劃，試刀段的規(guī)劃（可選）和工步ID的放置。工步以工步ID進行標識。 　　在進行加工過程規(guī)劃CAPP模塊設(shè)計時（圖1，圖2），為了適應(yīng)不同類工件的加工，提高數(shù)控加工的柔性，設(shè)計了多種刀具切入模式以供選擇，這主要有： 　　法向到工件　首先選擇切入點所在圖素，然后再選擇切入段起點，加工時刀具從規(guī)劃的切入段起點沿加工面的法向切入。這種方法主要用于已知切入段起點位置的場合。 　　法向從工件　先選擇切入段的終點，然后再確定切入段起點的位置。這種方法主要用于已知切入段終點位置的場合。加工時沿加工面的法向切入。 切向到工件 首先選擇切入點所在圖素，然后再選擇切入段起點，加工時刀具從規(guī)劃的切入段起點沿加工面的切向切入。這種方法主要用于已知切入段起點位置的場合。加工時沿加工面的切向切入。 　　切向從工件 先選擇切入段的終點，然后再確定切入段起點的位置。這種方法主要用于已知切入段終點位置的場合。加工時沿加工面的切向切入。 斜向從工件 先選擇切入段的終點，然后再選擇切入段起點的位置。這種方法主要用于已知切入段起點和終點位置的場合。加工時沿規(guī)劃的切入段起點到終點切入。 　　為了滿足毛坯制造精度低（例如：加工余量大，偏心大，曲率大或余量不均勻等）的工件的數(shù)控加工，若按常規(guī)的方法加工將會損壞刀具甚至無法加工。為了適應(yīng)這種類型的毛坯的加工，因而定義了幾種特殊類型的加工方法： 　　變進給量切入 當(dāng)?shù)毒哌M入切入段后，逐漸提高進給量。該方法主要用于毛坯偏心較大部分的加工。 工步交叉切削 當(dāng)前工步走完某一刀后，轉(zhuǎn)而跳到下一工步進行切削，完成下一工步的加工后，再繼續(xù)完成當(dāng)前工步未完成的走刀。該方法主要用于工件輪廓曲率較大而且加工余量不均勻處的加工。 　　多刀切削差異 允許多次走刀時，刀具切入點、切出點位置可變。該方法主要用于加工余量特別大處的加工，以防止刀具在切入點或切出點處包容量過大而發(fā)生過切現(xiàn)象損壞刀具。 　　中斷切入點 允許加工過程中斷后，刀具沿另外設(shè)定的進刀軌跡切入工件。該方法主要用于防止中斷后繼續(xù)進行切削時，可能發(fā)生的刀具和工件的干涉。 　　為了方便操作，一方面提供了完善的在線幫助和操作向?qū)?，使得用戶可以在系統(tǒng)的提示下完成CAPP過程（圖3）；另一方面為了方便規(guī)劃，在切入、切出段規(guī)劃時系統(tǒng)提供了刀具動態(tài)，用戶可以直觀地確定切入、切出段位置。 　　4 加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)的存儲 　　加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)以記錄形式存儲工步數(shù)據(jù)，一個記錄存儲一個工步的數(shù)據(jù)。由前述可知左、右刀架的工步由工步ID標識，左、右刀架的CAPP數(shù)據(jù)分兩個文件存儲。實際存儲時，又將一個工步數(shù)據(jù)分為3個部分進行存儲：其一為走刀軌跡幾何數(shù)據(jù)，其二為工步工藝數(shù)據(jù)，此外還有測量點信息。 　　工藝數(shù)據(jù)又分為工步工藝數(shù)據(jù)和走刀工藝數(shù)據(jù)，前者決定整個工步的切削參數(shù)（如：主軸速度檔，最大走刀次數(shù)，刀座號T，刀補地址D等）；而后者為工步中每個輪廓段（直線或圓?。┧氂校ㄈ纾哼M給速度F，主軸轉(zhuǎn)速S，刀具監(jiān)控號遞增值，精切余量，刀具半徑補償方式（G40，G41，G42）等）。工步走刀的幾何數(shù)據(jù)一般由4個部分組成：切削段數(shù)據(jù)、切入段數(shù)據(jù)、切出段數(shù)據(jù)、試刀段數(shù)據(jù)。測量點信息由測量點ID標識。 　　雙刀架數(shù)控機床加工時必須確保左右兩個刀架不會發(fā)生幾何干涉，而兩個刀架的位置又由NC系統(tǒng)的左右刀架協(xié)調(diào)指令M21來協(xié)調(diào)，這就要求在加工過程規(guī)劃CAPP時必須保證兩個刀架的 M21在數(shù)量上保持一致。所以當(dāng)用戶發(fā)出CAPP數(shù)據(jù)存盤命令后，系統(tǒng)首先將檢查左右刀架的M21匹配情況，若不匹配，系統(tǒng)將在警告框中給出錯誤揭示，并拒絕存盤命令，在M21匹配情況對話框中給出左、右刀架M21匹配表。 　　5 系統(tǒng)的修改功能和容錯性設(shè)計 　　此外，系統(tǒng)給用戶提供了強大的CAPP數(shù)據(jù)編輯修改工具。修改功能分為兩個級別：其一是工步級的修改，它可以完成工步的插入、刪除，左、右刀架工步的對調(diào)；其二為工步的工藝參數(shù)修改，用戶可以在“工藝參數(shù)修改對話框”中對所有的工步工藝參數(shù)進行修改。當(dāng)用戶啟動了修改命令并選定待修改的工步ID后，系統(tǒng)將在“工步工藝參數(shù)對話框”中顯示該工步的工藝數(shù)據(jù)，用戶修改完后即可將數(shù)據(jù)存入。 　　為了簡化用戶的操作，系統(tǒng)設(shè)計有廣泛的容錯性。例如：通過限制工藝參數(shù)的范圍，可有效地防止數(shù)據(jù)的誤輸入；通過分析找出具有相互依賴關(guān)系的數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶設(shè)定這些數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)以軟件中常見的數(shù)據(jù)項灰色顯示來限定用戶的操作。容錯性設(shè)計有效地提高了數(shù)據(jù)輸入的準確性，提高了編程效率。 　　本系統(tǒng)提出的以實測余量進行毛坯精度低的工件的數(shù)控自動編程概念，實踐證明切實可行，實現(xiàn)了各種型號的火車車輪的數(shù)控車削自動編程。該方法對大型鑄鍛件的自動數(shù)控編程具有很好的推廣價值.