基于知识工程的NX数控编程

　　1前言

　　数控编程一般是针对零件的某一道工序，在CAD/CAM软件平台上，设计师根据被加工零件的结构特征、材质等条件，确定加工零件的设备、刀具、切削用量及加工路径等参数，然后生成G代码程序，传输到机床进行数控加工。常规的工作流程如图1 所示。

　　可以看出，数控编程是一种对于技术和经验要求都很高的一项工作，特别是应用CAD/CAM软件进行编程更需要对软件操作和数控加工工艺有一事实上程序的理解。要编制一个高质量的程序，需要进行加工对象参数、切削方式选择、刀具及机械参数、加工程序参数等大量的参数选项设置，导致编程效率低下，同时错误几率也急剧放大。

　　因而，如何简化编程步骤，减少人机交互次数，最终实现自动编程就成为CAD/CAM应用的关键。

　　对于一些结构类似、材质类似的零件，其加工方法有很多相似之处，大部分的步骤是重复进行的;并且切削加工所用的刀具、切削参数，甚至于加工方法也都是类似的。因而可以建立标准工艺，并且根据标准工艺创建特定的编程模板，将成熟的工艺方法及编程参数保存下来。

　　目前，多数软件都提供编程模板功能，编程模板文件内包含预定义参数的工序和加工对象组，可以将模板中的参数(包括加工方式、刀具、切削用量、刀具轨迹)应用到新的程序设计中去。从而提高编程效率，同时可以将各类成熟的工艺参数传承下去。

　　2编程知识库建立

　　为了有效地应用模板，前提是建立系统化、规范化的工艺知识库，并在数控编程中直接调用其配置规则。建立编程知识库主要以下几方面的内容。

　　2.1刀具参数知识库

　　把常用的刀具按规范要求进行制定。所谓的规范要求是指编程用的刀具尺寸(特别注意某些刀具在编程时应用的经验尺寸与标称尺寸是不同的)、刀具材料、刀具推荐的切削线速度、每齿进给量等参数完整地填写。这样在编程时直接调用某一刀具，系统将会自动计算其主轴转速、切削进给等参数。

　　2.2加工方法知识库

　　根据加工形状和特点以及不同的加工要求，其使用的切削参数也是不同的，根据加工零件的不同材料、不同特征、不同精度要求，结合工艺要求，分别进行粗加工、半精加工、精加工、清角加工、超精加工的加工规范制定。

　　2.3加工特征知识库

　　加工特征划分的主要依据是定制零件族中数控加工模块的形状结构和加工艺的典型性。零件的变型设计只是尺寸在一定范围内发生变化，而零件的拓扑结构不变，即零件的加工区域形状不发生变化，被加工区域的加工方式、工艺路线也不会发生变化。将这些典型的加工特征的加工程序进行规范，作为程序模板的基础。

　　2.4典型零件加工知识库

　　对企业中的典型零件，直接按成熟工艺制定相应的模板。在这一模板中可以包含多个程序，也就是将编程的内容完全固化。当加工一个类似零件时，直接调用模板就可以完成所有程序的创建。

　　3加工模板的建立与应用

　　3.1加工模板的建立

　　在数控编程知识库的基础上，可以将结合多个知识库进行加工模板的建立，建立对应的加工方法模板、几何体模板、操作模板以及零件加工模板。在NX中，用户可以根据现状定义不同的NC模板。其中操作模板中设置了对应加工对象的切削方式、刀具与机械参数、加工程序参数。而零件加工模板则可以包括一个零件加工的多个操作，每个操作均有固定的切削方式、刀具、操作参数、机床参数。在生产实践中，将每种结构特征的加工工艺特征逐个规范并开发成为程序模板，将具有代表性的、经过实践验证的典型零件开发为编程模板，可以使生产中的各个部分加工均得到规范。

　　3.2加工模板的应用

　　在新的零件进行编程时，选择一个创建好的具有类似典型特征的编程模板。在操作创建时调用模板，将直接应用模板中设置的参数，从而简化编程步骤，应用模板编程的步骤如图2所示。不但提高了工作效率而且实现自动化的操作。对于应用模板不能完全符合要求的再调用对应加工要求或者依刀具创建的编程模板创建工序。

　　4基于模板的编程示例

　　4.1结构特征与工艺分析

　　如图3所示零件是一个生产中的典型模具型芯，其特征如下：

　　1.毛坯为标准的六面体，外形不需要加工。

　　2.成形面的顶部为坡度很小的浅面。

　　3.成形面的侧面为坡度很大峭壁面。

　　4.分型面为水平面。

　　针对以上特点，在加工工艺分析时作以下考虑：

　　粗加工时尽量快速地去除余量，选择“型腔铣”并使用环绕走刀的方式加工。精加工时应该分区域进行加工，将顶面、侧面与分型面分别创建一个操作。以最适合浅平面加工的“区域驱动固定轴曲面铣”，并使用双向平行切削走刀方式加工顶面;以最适合陡壁面加工的“等高轮廓铣”以等高线方式加工侧面;对于水平面则采用“型腔铣”并指定驱动面限制高度进行加工。如果采用传统的编程方式，则需要对每一个工步进行工艺选择、加工对象选择、刀具选择、刀路参数设置、机床参数设置等步骤。

　　4.2创建模板

　　对于常用的中小型型芯零件，设计其成熟的加工工序，并创建完整的操作与组参数。在NX中，在经过验证后，将这一零件的加工刀路轨迹保存为模板。其操作步骤如下：在操作导航器中选择所有几何体与操作，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单上选择“对象→模板设置”，在弹出的模板设置对话框中打开“模板”和“连同父体载入”选项，点击确定即可生成程序模板。再将这一文件保存到模板集所在的位置，并命名为CORE-1.prt。

　　4.3应用模板

　　对新的零件进行编程时，如果与某一模板零件结构类型、尺寸相仿，则可以应用模板进行编程。如图4所示的某型芯零件要求完成数控编程，可以发现，虽然该零件与图3所示的模板零件尺寸、形状有一定的差别，但符合典型零件所具有的结构特征，因而可以直接应用模板进行编程。

　　打开文件后，并进入编程模块，此时将弹出“加工环境”对话框，点击CAM设置下方的“浏览”，并选取模板文件“CORE-1.prt”再进行加工环境的初始化设置。

　　打开操作导航器，并显示为几何体视图。可以看到已经“创建”了几何体，并有4个操作，这4个操作的名称与模板文件完全一致，并且使用的刀具以及参数同样是完全一致的，如图5所示。

　　编辑几何体，指定所有体为工件几何体，并使用自动块方式创建毛坯几何体，再执行运算所有操作，即生成完整的加工刀轨，如图6所示为底面加工的刀轨。对于生成的程序再进行检验，并可以进行切削模拟与后处理，如图7所示为切削仿真结果。

　　使用模板化编程后，调入刀路轨迹模板，系统自动加载所有程序，并且不再需要进行复杂的参数设置过程。也就是说，完成一个程序的编制，只需要简单的两个步骤：调用模板、执行运算。全部过程只需不到30分钟的时间。而如果不应用编程模板，一个熟练的编程员编制这些程序也需要2小时以上。

　　5结论

　　通过设置编程模板进行数控加工的程序编制，可以实现编程的标准化，并可以将知识进行传承实现基于知识的加工。可以大大简化编程步骤，提高编程效率，降低出错率。即使新手也可以应用模板编制出高质量的数控加工程序。