1 前言 　　雙刀架數控車床采用多刀同時切削，能縮短工時，提高生產效率，在批量生產中得到應用。數控加工的幾何數據和工藝數據，是NC機床工作的原始依據，由被加工零件的圖紙確定。用自動編程系統進行數控編程，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控加工，若按傳統的編程方式，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控加工最好是根據每個工件的具體情況，來確定加工該工件的切削參數（如切削余量、走刀次數等）。本編程系統借助數控系統的刀具監控功能，在線測量工件上的一些關鍵點（稱作測量點）的加工余量分布情況，在加工過程規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。本文以我們為馬鋼公司車輪輪箍分公司開發的“雙刀架數控車床圖形自動編程系統”為例，研究雙刀架數控編程系統的CAPP技術。該自動編程系統以 Microstation為圖形平臺，實現了CAD/CAPP/NCP的系統集成。 　　2 雙刀架數控車床自動編程CAPP的特點 　　雙刀架數控車床是一種高效的數控機床，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，顯著地提高了生產率。而生產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機床公司生產的VF120—RW雙刀架立式數控車床（該機床配有兩套SINUMERIK—810T數控系統）加工火車車輪為例進行分析研究。該機床的數控系統采用主從控制方式，其左刀架數控系統為主系統（機床主軸速度等由左數控系統控制），右刀架數控系統為從系統，左、右兩個數控系統以M21指令來協調兩個刀架的動作，以R參數傳遞數據。據統計其加工效率可以比單刀架數控車床提高30%以上。 　　雙刀架數控車床自動編程的加工過程規劃CAPP有別于普通的單刀架數控車床自動編程的CAPP過程。因為在進行CAPP時，加工的切削參數是未知的，實際使用的切削參數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過的測量點（一個測量點或多個測量點）的信息。雙刀架數控車床加工過程規劃CAPP的復雜性還體現在必須保證能對用戶的規劃過程實施足夠的監控，確保不會造成加工時工藝系統的幾何干涉和工藝干涉。加工過程規劃CAPP以數控系統的M21指令（左右刀架動作協調指令）來對用戶的規劃進行可行性檢驗，以確保加工時左、右刀架在任何情況下都能正確工作，不會有干涉現象發生。系統設計為用戶的CAPP提供了極大的方便，左、右刀架工步的規劃既可以輪流進行，也可以一邊完成后再規劃另一邊的工步。 　　3 零件的幾何信息和工藝信息的提取 　　加工過程規劃CAPP是以人機交互方式規劃零件加工的一個工序的各工步，工步是加工過程規劃CAPP數據存取的基本單元，以工步ID來標識工步；以雙向鏈表來組織規劃數據，方便數據的存儲和修改操作，從而確保加工過程規劃CAPP有足夠的靈活性（規劃過程及工步工藝參數的可修改）。每個工步數據由刀具運動軌跡數據和切削工藝數據兩個部分構成。由于記錄工步數據量很大，故用結構來記錄這些信息，以協調數據的內在聯系，同時又方便了數據的操作。 　　系統充分利用Microstation系統的 GUI技術，以對話框和符合Motif標準的控制進行人機交互。系統人機界面友好、操作方便。用戶以鼠標和鍵盤進行人機交互，工步的幾何數據用鼠標在 CAPP圖形文件中點取零件輪廓的方式獲得；工步的工藝數據用鼠標和鍵盤結合的方式輸入。 加工過程規劃CAPP以測量過程規劃的圖形文件和測量點R參數文件為輸入，以刀具清單為加工的裝刀依據；輸出加工規劃圖形文件，加工過程規劃CAPP數據文件。 　　一般工步規劃由五個部分組成，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。工步規劃的順序為：切削段的規劃，切入段的規劃，切出段的規劃，試刀段的規劃（可選）和工步ID的放置。工步以工步ID進行標識。 　　在進行加工過程規劃CAPP模塊設計時（圖1，圖2），為了適應不同類工件的加工，提高數控加工的柔性，設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）的工件的數控加工，若按常規的方法加工將會損壞刀具甚至無法加工。為了適應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 當刀具進入切入段后，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 當前工步走完某一刀后，轉而跳到下一工步進行切削，完成下一工步的加工后，再繼續完成當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生過切現象損壞刀具。 　　中斷切入點 允許加工過程中斷后，刀具沿另外設定的進刀軌跡切入工件。該方法主要用于防止中斷后繼續進行切削時，可能發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導，使得用戶可以在系統的提示下完成CAPP過程（圖3）；另一方面為了方便規劃，在切入、切出段規劃時系統提供了刀具動態，用戶可以直觀地確定切入、切出段位置。 　　4 加工過程規劃CAPP數據的存儲 　　加工過程規劃CAPP數據以記錄形式存儲工步數據，一個記錄存儲一個工步的數據。由前述可知左、右刀架的工步由工步ID標識，左、右刀架的CAPP數據分兩個文件存儲。實際存儲時，又將一個工步數據分為3個部分進行存儲：其一為走刀軌跡幾何數據，其二為工步工藝數據，此外還有測量點信息。 　　工藝數據又分為工步工藝數據和走刀工藝數據，前者決定整個工步的切削參數（如：主軸速度檔，最大走刀次數，刀座號T，刀補地址D等）；而后者為工步中每個輪廓段（直線或圓弧）所獨有（如：進給速度F，主軸轉速S，刀具監控號遞增值，精切余量，刀具半徑補償方式（G40，G41，G42）等）。工步走刀的幾何數據一般由4個部分組成：切削段數據、切入段數據、切出段數據、試刀段數據。測量點信息由測量點ID標識。 　　雙刀架數控機床加工時必須確保左右兩個刀架不會發生幾何干涉，而兩個刀架的位置又由NC系統的左右刀架協調指令M21來協調，這就要求在加工過程規劃CAPP時必須保證兩個刀架的 M21在數量上保持一致。所以當用戶發出CAPP數據存盤命令后，系統首先將檢查左右刀架的M21匹配情況，若不匹配，系統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 系統的修改功能和容錯性設計 　　此外，系統給用戶提供了強大的CAPP數據編輯修改工具。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；其二為工步的工藝參數修改，用戶可以在“工藝參數修改對話框”中對所有的工步工藝參數進行修改。當用戶啟動了修改命令并選定待修改的工步ID后，系統將在“工步工藝參數對話框”中顯示該工步的工藝數據，用戶修改完后即可將數據存入。 　　為了簡化用戶的操作，系統設計有廣泛的容錯性。例如：通過限制工藝參數的范圍，可有效地防止數據的誤輸入；通過分析找出具有相互依賴關系的數據，當用戶設定這些數據時，系統以軟件中常見的數據項灰色顯示來限定用戶的操作。容錯性設計有效地提高了數據輸入的準確性，提高了編程效率。 　　本系統提出的以實測余量進行毛坯精度低的工件的數控自動編程概念，實踐證明切實可行，實現了各種型號的火車車輪的數控車削自動編程。該方法對大型鑄鍛件的自動數控編程具有很好的推廣價值.