摘 要：针对目前航空机电零件数控加工编程过程中存在的对编程人员编程经验和知识依赖度较高、编程效率低下、编程质量参差不齐等问题，研究了航空零件数控加工快速编程技术及系统，运用加工模板定制技术实现了编程知识和流程的固化封装，并基于NX OPEN/API开发了模板快速重用界面，用户依据界面引导即可快速完成数控加工编程，从而提高了编程的效率和质量稳定性。
关键词:航空机电零件;数控加工;快速编程;
0 引言
航空机电零件结构比较复杂，品种和数量众多，其制造工艺也因其特殊的结构和严格的要求而十分复杂[1,2]。将数量繁多、结构复杂的零件按规定的技术要求进行加工制造，使之成为合格品的零件制造工艺过程，是数控加工工艺关注的重难点。
目前航空机电零件数控加工编程主要依赖于设计人员自身的编程知识和编程经验，很多优秀的编程经验没有得到有效管理，编程规范性差，编程质量参差不齐；且由于多采用纯手工编程模式，编程人员需重复设定数控加工方法、刀具、操作等步骤，重复工作量大，影响整体效率的提升[3,4]。本文针对以上问题，运用基于模板的数控加工编程技术，开发航空机电零件数控加工快速编程系统，为航空机电零件的数控加工快速编程提供整体解决方案。
1 航空机电零件数控加工模板库构建
同类型航空机电零件的加工工艺通常也较为相似，因此，将同类型零件的加工方法、参数提炼总结后形成统一的模板，再基于此变形出新的编程策略，可以有效提升编程质量一致性。
航空机电零件数控加工模板构建主要包括数控加工工艺分析、标准工艺模板提取和标准加工模板构建三部分。
1.1 数控加工工艺分析
航空机电零件数控加工工艺分析是进行加工模板定制的基础，主要内容包括：
(1）在对零件模型和加工要求进行分析的基础上，明确其中需要数控加工的特征；
(2）按装夹方法、粗精排布、换刀策略确定加工方法和加工序列，在此基础上形成加工工艺路线；
(3）设计定位夹紧方案，设置每道数控加工工序的切削用量、进给速度等加工参数，注意针对特征尺寸、材料等先决条件，将加工参数变量化、系列化；
(4）设置加工补偿，微调加工程序，提升工艺的准确度。
1.2 标准工艺模板提取
在建立数控标准工艺模板时，需要对典型零件的数控加工工艺过程进行提取。一个数控标准工艺模板就是对相同或者相似零件的加工方法进行提取，因此需要首先对加工零件进行总结分类。
以腰槽类零件加工为例，不同结构、材料的腰槽零件的加工工艺路线是不同的。通过将不同类型的腰槽零件的工艺路线进行规范总结归类后，可以得出具体分类的加工方式。因此，可以从中提炼出合适的通用模板来初始化数控编程环境。
1.3 标准加工模板构建
运用NX＿CAM模块，构建标准加工模板的步骤如下：
(1）构建刀具模板。
运用NX创建刀具命令，建立本类型零件数控加工过程中所需要的所有刀具对象，每个刀具对象需定义几何参数（圆角直径、切削刃长度等）、刀具切削参数（如刀具材料、使用其加工的零件材料、适用的转速等）、刀具号。在标准加工模板中，刀具对象与零件对象绑定，以实现快速调用。
(2）建立工艺步骤。
依据对零件加工工艺的分析结果，在NX＿CAM中定义加工工艺路线，并设置每道工序的加工余量。
(3）设置加工参数。
分析每部分加工区域，并在NX＿CAM环境中定义对应的切削参数、走刀方式、进给速度等加工参数。
2 航空机电零件数控加工刀具库构建
在NX＿CAM编程时需要刀具资源来支撑，需建立刀具库来完成刀路的编制，建立刀具库后，工艺编程人员能快速在刀具库中选择刀具，提高编程效率，最重要的是，能对刀具资源做统一的维护与管理。
2.1 刀具数据管理
根据目前航空机电零件使用刀具的类型、型号、品牌、装夹方式等进行分类统计，刀具数据包括刀具名称、刀具属性、优化数据、刀具模型、刀具相关文档和资料等，如图1所示。
2.2 刀具库的构建
在TC分类管理器中建立CAM刀具库，对刀具做统一的维护与管理，在进行NX＿CAM编程时，直接调用TC分类管理器中的刀具，而不是NX＿CAM本地刀具。
3 基于模板的航空机电零件数控加工快速编程
3.1 加工模板查询
在NX＿CAM编程环境下，通过零件工艺、工序、工步等几何信息和属性信息内容，实现数控加工模板的检索与查询。
3.2 加工模板应用
根据检索，查询得到数控编程加工模板，选择调用后，系统自动加载模板定制的加工工序和加工参数数据，编程人员根据具体零件的加工工艺要求再细化加工区域，针对模板设置的加工参数可进行优化选择，最后生成刀具路径并后置仿真。
以腰槽类零件为例，通用加工工艺路线配置加工模板，再结合向导式加工进行腰槽零件的数控编程，实现刀具路径的快速生成。主要操作步骤如表1所示，相关界面如图2所示。
4 航空机电零件数控加工后处理程序定制开发
通过NX/POST二次开发定制后处理器，结合企业的实际需求开发定制机床后置处理，工序操作加工坐标系特定位置代码输出，涉及机床包括80P、UCP800机床。通过NX/OPEN API二次开发定制后处理器调用对话框，即可实现后置处理程序的调用，并基于此自动生成NC程序。
5 与TC集成的航空机电零件数控加工编程仿真
航空机电零件在加工过程中多采用多轴联动加工，极易出现碰撞，所以必须在正式加工之前进行机床仿真验证，在虚拟的机床环境下，对NC代码进行正确性验证，将碰撞与潜在的碰撞问题发现在CAM编程阶段；及时发现超程、限位情况，并对NC代码的语法和格式进行检查，避免相关问题流入下游环节；减少或省去试切的环节，提高生产效率。
为保证数控加工编程和数控加工仿真中机床资源、刀具资源的统一，将数控加工仿真软件Vericut与TC集成，实现资源共享和流程统一，该集成环境下的数控加工仿真过程主要包括：
(1）仿真设备、控制系统调用。
根据实际加工设备选择对应的仿真设备，在仿真资源库调用对应仿真数据文件，启动Vericut软件加载仿真设备。
(2）仿真模型调用。
根据工艺数据的数控工序模型数据，通过开发实现数据模型的自动加载，输入至Vericut软件仿真结构树对应的数据模型下，实现数据的自动调用与配置。
(3）仿真刀具调用。据节点。
根据工艺数据下的刀具资源信息，自动匹配仿真资源库对应的仿真刀具文件，加载到Vericut软件仿真结构树对应的刀具数
(4）仿真程序调用。
调用工艺数据结构下的NC数控程序，加载到Vericut软件仿真结构树下的程序节点，实现仿真程序的自动配置。
(5）仿真配置设置。
针对仿真的特殊选项配置（如加工坐标系、工作偏置等），通过Vericut软件环境下的手动配置实现。
(6）上传仿真结果。
在TC/Vericut集成环境下仿真完成后，Vericut系统输出优化NC代码、仿真报告和视频文件。系统通过开发接口按照文件类型上传Vericut仿真结果至数控编程ITEM版本下，并更新VCProject文件。
6 数控工艺文档生成
数控工艺文档就是能从Part文件中提取对加工车间有用的CAM文本和图形信息，这些信息包括数控程序中用到的刀具、操作和加工方法清单。NX系统默认的车间工艺文档通常不能直接满足企业的需求。
为适应数字化设计与制造任务形势的要求，满足企业的个性化管理需求，本文使用NX/OPEN开发CAM车间工艺文档，可自动读取零件中的加工工序信息、刀具信息，并列表展示；根据后处理器自动生成数控加工程序单中的程序代码，同时提供用户选择当前Part中工件装夹简图的功能；此外，提供了在初始说明书中用户输入信息的功能，以及对Part文件中存在的数控加工工序操作指导说明书进行信息修改的功能。最终在NX中按页生成数控加工工序操作说明书的PDF文档，生成的车间工艺文档如图3所示。
7 结语
针对目前航空机电零件典型加工方法，包括3～5轴铣加工、车加工等数控策略，以及进退刀方式、安全移动高度、步距、层切深度、拐角处理、加工公差、切削方式等加工设置参数，归纳和整理形成符合企业数控编程经验的加工模板，利用加工模板进行数控编程，能有效减少参数重复输入，提高编程效率，有利于数控工艺知识的重用。
[1] 吕冬.基于模板的数控加工智能编程系统研发[D].武汉：华中科技大学，2011.
[2] 吴奥嵩.基于UG和VERICUT的五轴数控加工仿真技术研究[D].沈阳：东北大学，2015.
[3] 刘勇，赖啸，郭晟，等.基于NX的定模板数控编程技术的研究[J].模具制造，2017,17(8):76-79.
[4]刘红军，伞雷，纪俐，等.基于UG特征识别的典型孔槽类零件数控加工技术[J]航空制造技术，2014(23/24):100-102.