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| Delcam powermill在大连柴油机厂发动机加工中的运用 |
| 一汽大连柴油机厂 李广权 |
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一、 引言
近年来，随着计算机技术、通讯技术和数控技术的迅速发展，CAD/CAM技术得到了迅速的发展。同时随着国内外汽车制造业的迅速发展，CAD/CAM技术在发动机加工业也得到广泛的运用。本文针对国内某一著名企业的发动机加工的某些具体细节进行了阐述。
二、 CAD/CAM技术发展概况
CAD技术起步于50年代后期。进入60年代，随着在计算机绘图变得可行而开始迅速发展。这时人们希望借助计算机绘图摆脱传统手工绘图。这时CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件。在CAD软件发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，而非现在我们经常讨论的CAD所包含的全部内容。CAD技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期，以后作为CAD技术的一个分支而相对单独、平稳地发展。现在下发到车间的工程图还是近十年来占据绘图市场主导地位的 AUTODESK公司的AutoCAD软件设计。在今天中国的CAD用户特别是初期CAD用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重。
CAM技术起源于50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT。其后，APT经历了以下几个发展阶段，形成了诸如APTII、APTIII、APT-AC和APT-/SS等。
采用APT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令"汇编语言"级，上升到面向几何元素。但APT仍有许多不便之处。
针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为为CATIA。推动了CAD和CAM向一体化方向发展。
三、 我厂的CAD和CAM结合方法
我厂的产品开发部门应用的CAD的软件为AutoCAD和PRO/E两种软件，即二维和三维CAD文档共存。对二维的AutoCAD文档，转为CAM加工所需的加工特征时，先通过Delcam公司PowerMILL软件生成加工特征，再进行数控编程。对三维的PEO/E文档，可以直接通过PowerMILL软件提取加工特征，进而进行数控编程。在我厂进行的6DE2产品试制时，同时采用了上述两种方法进行编程。
由于PowerMILL直接接收CAD数据，避免了手工编程时反复查找图纸相关尺寸所浪费的时间，编程效率大大提高，为新产品上市取得了宝贵的时间。
四、 CAM技术的后处理技术
后处理技术是CAM技术的重要环节之一，针对不同的数控系统（如FANUC、SIEMENS和TOSHIBA），要对CAM系统编制不同的后处理程序。同时由于二维加工与三维加工本质的区别，PowerMILL系统要求的后处理也不尽相同。在二维加工中，特别是发动机的加工中，主要是点位的加工（主要是孔位的加工，有时带有很少的平面的加工）。而在三维加工中，主要是曲面加工。但无论曲面怎样复杂，CAM系统都是以小的直线段，在精度要求的范围内来逼近复杂的曲面，在其生成的G代码中主要以G01为主。如图1曲面加工所生成的加工程序如下： （图片）
图1 三维加工 %
:0001
N10G91G28X0Y0Z0
N20G40G17G80G49
N30G0G90Z33.031
N40T1M6
N50G54G90
N420X1.828Y21.705S1500M3
N430G43Z28.031H1M8
N440G1Z22.531F500
N450X1.142Y21.014
N460X.247Y21.705
..........
..........
N8180X22.679Y35.32
N8190G0Z33.031
N8200M9
N8210G91G28Z0
N8220G49H0
N8230G28X0Y0
N8240M30
DELCAM公司的POWERMILL软件提供的缺省的后处理中可以满足三维加工的要求。
而二维加工中，孔位加工（钻、扩、铰、攻丝和镗等）都以G81为主，其中攻丝时缺少节距和停留时间等参数。以FANUC为例，进行攻丝钻孔时，应用缺省的后处理，生成的G代码格式如下：
G81G99Z-167.R-95.F341
应用本人开发的后处理程序所生成的代码如下：
G84G99Z-167.0R-95.0P300F2.0
针对上述情况，本人分别为TOYODA 、YEONG CHIN和TOSHIBA三种加工中心开发了PowerMILL软件孔位加工（钻、扩、铰、攻丝和镗等）的后处理程序，从而使所有的孔位加工功能得到充分的发挥，保证产品加工过程的工艺要求。YEONG CHIN加工中心的后处理如下：
machine fanuc15m
# Original option by Faw_DDEW Li GuangQuan
define word NT
address letter = "T"
address width = 1
field width = 2
not modal
end define
define word TS
address letter = "N"
address width = 1
field width = 3
not modal
end define
define word TPN
address letter = "( TOOLPATH :******* "
address width = 20
field width = 30
end define
define format ( ID )
address letter = ":"
end define
define format ( N )
not permanent
end define
define format ( G1 )
leading zeros = true
not modal
end define
define format ( F )
modal
decimal point = true
decimal places = 2
trailing zeros = false
imperial formats = metric formats
end define
define format ( H M1 M2 )
leading zeros = true
end define
define format ( P )
field width = 3
metric formats
decimal point = false
decimal places = 0
trailing zeros = true
imperial formats = metric formats
end define
define word PF
address letter = "F"
field width = 5
not modal
metric formats
decimal point = true
decimal places = 2
trailing zeros = false
imperial formats = metric formats
end define
define format all
tape position = 0
end define
word order = ( + TPN NT TS P PF D )
define keys
tool radius = D
cycle dwell = P
dwell not used
end define
define codes
cycle retract = G6 99
linear = G1 1
comp off = G2 40
comp on left = G2 41
comp on right = G2 42
end define
message output = false
block order = true
tool reset coordinates = 3
integer 51 = 4
integer 69 = 2
incremental centre = false
integer 34 = 0
integer 35 = 1
integer 36 = 0
integer 37 = 1
define block tape start
"%"
ID ProgID
rapid ; incremental data ; G6 28 ; z coord 0
incremental data =C ; G6 30 ; y coord 0 ; x coord 0
end define
define block tool change first
tool number ToolNumber
change tool
if ( NextTool <> 0 )
NT NextTool
end if
TS ToolNumber
set swa
end define
define block tool change
if ( word[30] = 7 or word[30] = 8 )
M2 9
end if
rapid ; incremental data ; G6 28 ; z coord 0
incremental data ; G6 30 ; y coord 0 ; x coord 0
compensation off ; G1 49 ; G4 80 =C
change tool
if ( NextTool <> 0 )
NT NextTool
end if
TS ToolNumber
set swa
end define
define block move rapid
if ( swa )
TPN ToolPathName ; ")"
G2 59 ; absolute data ; rapid ; G6 ; x coord ; y coord ; z coord ; spindle ; tool length ; M1 ; M2
unset swa
else
rapid ; G6 ; x coord ; y coord ; z coord ; spindle ; tool length ; M1 ; M2
end if
end define
define block move linear
linear ; G2 ; x coord ; y coord ; z coord ; tool radius ; feedrate ; M1 ; M2
end define
define block move circle
N ; G1 ; G3 ; x coord ; y coord ; z coord ; key i ; key j ; key k ; feedrate
end define
define block cycle start
if ( cycle = 1 )
G4 ; cycle retract ; x coord ; y coord ; drill hole depth ; clearplane ; feedrate Prat
end if
if ( cycle = 2 or cycle = 3 or cycle => 5 )
G4 ; cycle retract ; x coord ; y coord ; drill hole depth ; clearplane ; cycle dwell ; feedrate Prat
end if
if ( cycle = 4 )
G4 ; cycle retract ; x coord ; y coord ; drill hole depth ; clearplane ; cycle dwell ;
PF ( Cycfed / ToolSpeed[ToolNum] )
end if
end define
define block move cycle
x coord ; y coord ; M1 ; M2
end define
define block move tap
x coord ; y coord ; M1 ; M2
end define
define block cycle end
end of drill
end define
define block tape end
if ( word[30] = 7 or word[30] = 8 )
M2 9
end if
rapid ; incremental data ; G6 28 ; z coord 0
rapid ; incremental data =C ; G6 28 ; y coord 0
G1 40 ; G2 49 ; G4 80 =C
change tool
end of tape
end define
end
五、 CAD/CAM应用实例
通过此项技术运用，本人高效率、高质量地为我厂完成了三个品种发动机（6DE1、6DE2和大马力发动机）的试制编程工作。
以我厂6DE1发动机产品缸盖喷油嘴加工为例，所使用的设备为YEONG CHIN立式加工中心。由于产品的特殊性和设备的限制，理论上要求缸盖的底面和工作台面的夹角为3.8409660，缸盖第一喷油嘴和第六喷油嘴连线与加工中心X轴的夹角为14.510820。这就要求夹具制造与安装时必须满足上述要求，而实际上很难满足上述要求。当14.510820超差0.0060时，就不能加工出合格的产品。解决上述问题的办法是在装好的夹具上加工一个缸盖，在三坐标测量设备上进行检验，把检验的结果通过CAD进行分析，找出角度偏差。在通过PowerMILL进行调整，重新在此坐标系下生成数控加工程序。一般情况下只需加工并分析一个缸盖即可得到合格产品的数控加工程序。以下是用本人编写的后置处理程序，为YEONG CHIN立式加工中心加工缸盖喷油嘴生成的加工代码。要加工的孔位为如图2黄色所示的6个M32的孔，深度为33mm。加工时生成的刀具路径如图3所示。生成的加工代码如下：
%
:0001
G00G91G28Z0
G91G30Y0X0
T1
M06
N1
( TOOLPATH :)
G59G90G00X-29.556Y-68.85S120M03
G00G43Z86.552H01M08
G00Z81.552
G84G99Z49.551R81.551P300F1.5
G80
G00Z86.552
G01X100.844Y-102.6F9999.0
G00Z72.508
G84G99Z40.508R72.508P300F1.5
G80
G00Z77.508
G01X231.244Y-136.35F9999.0
G00Z63.465
G84G99Z31.465R63.465P300F1.5
G80
G00Z68.465
G01X361.644Y-170.1F9999.0
G00Z54.422
G84G99Z22.421R54.421P300F1.5
G80
G00Z59.422
G01X492.044Y-203.85F9999.0
G00Z45.378
G84G99Z13.378R45.378P300F1.5
G80
G00Z50.378
G01X622.444Y-237.6F9999.0
G00Z36.335
G84G99Z4.335R36.335P300F1.5
G80
G00Z86.552
M09
G00G91G28Z0
G00G91G28Y0
G40G49G80
M06
M02（图片）
图2 加工的孔位 （图片）
图3 刀具路径 通过以上程序可以看出，运用PowerMILL使数控程序的精度大大提高。同时进行了刀具路径的优化，缩短省了加工时间，为企业带来部分经济效益。
六、 结论
1． 通过Delcam软件的运用，编程效率大大提高。发动机缸盖的数控程序由原来手工编制一个月时间缩短为一周左右的时间。发动机缸体的数控程序编制时间节省更为显著。
2． 程序块规范化。由于通过后置处理程序的约束，生成的数控程序严格按照后处理程序约束的格式输出。
3． 降低试切时间。由于程序块的规范化，在产品进行多工步试切时，只需跟踪第一工步即可。从而提高产品的加工效率。
4． 编程的灵活性大。在手工编程时，当装夹方式变化时，所有的加工程序要重新编制。而用上述技术时，只需调整坐标的方向，重新输出程序即可。从而降低产品的试制时间。
5． 避免碰撞。编程时可以把夹具作为非加工对象，PowerMILL软件可以自动识别那些是要加工的对象，从而保护了加工设备和夹具。
6． 加工精度高。直接接收CAD数据，避免手工计算时的数据取舍。
2/15/2006
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