参数化程编在数控设备安全高效加工技术探索

王超，裴鹏飞，张新龙

【摘  要】随着数控加工设备使用年限增加，设备故障率不断增高,传统单件加工方式设备利用率低，难以满足订单增加，如何基于传统设备开发出适合单机成组加工模式，成为亟需解决难题。面向现场使用需求，合理布局成组加工产品，通过构建结构化程编框架，将加工需求参数化，设计基于质量、安全、效率的参数化程编，以提高大件制造稳定性，降低质量问题发生概率，大幅提高设备利用率，从而降低生产交付压力。

【关键词】参数化程编；高级程编语言；成组加工；设备利用率

1.引言

随着产量不断扩增，传统单件加工方式，尤其对于中小型板料，已无法满足产量的增加速率。3米以上大型铝合金零件延展量补偿依赖于经验，用固定系数进行补偿，工厂温差变化较大时零件长度补偿失效导致长度超差。零件无自动识别，产品质量和加工效率依赖于操作工技能水平和精神状态，产品质量存在隐患，加工效率低，加工周期不稳定。

上述问题集中体现了数控加工自动化率低的现状，亟需通过高级程编语言、成组工艺设计、工艺标准化等手段，解决基于环境温度的大件延展量补偿、零件自动识别等难题，实现少/无干预的成组加工，大幅延长一次装夹连续加工时间，大幅提升设备利用率。

本文面向小批量多品种产线中，对于中小型件开展成组加工布局，对于中大型件开展参数化的无干预加工。通过建立结构化程编框架，理顺现场加工逻辑。将加工需求参数化，设计基于质量、安全、效率的参数化程编，全面提高工艺水平，以满足日益增加的产能需求和无干预加工现场诉求。

通过合理制定加工方案，经过程编、仿真合格后在现场进行验证，最大程度降低操作人员对生产过程干预，重点解决以下几方面问题：

1）3米以上铝合金零件温度延展问题，改善以往固定系数补偿无法适应厂房温度变化情况，通过参数化温度补偿系数，解决长度易超差问题，提高产品质量稳定性。

2）开发多种类型设备无/少干预成组加工关键技术路径，实现有刀库/无刀库、有测头/无测头设备的高利用率成组加工，设备平均利用率（OEE）提升20%以上；

3）掌握基于高级程编语言灵活的参数化程编方法，解决生产中多工况下的加工轨迹需求；

2.参数化程编技术方案

2.1设计了零件长度自动补偿程序

针对大型铝合金零件延展变形难题，创新设计了温度自动补偿方法，根据毛料加工前温度自动按照延展量系数Kx补偿延展变形量。温度补偿过程中自动检测过程中异常情况报错，终止加工进程，在质量稳定基础上完成自动化加工。翻面转工位加工，根据温控孔实际变化自动调节Kx。

其中：                                     （X向比例因子）

                         （金属综合热膨胀系数）

2.2无/少干预成组加工技术框架

针对无自动换刀、无测头找正设备，开发成组化、无/少干预加工技术框架，如下图所示，以实现批量生产中较高程度无干预加工、设备自主防差错，扩展设备加工能力，提升设备利用率，产能提升缓解生产压力。

2.3设计了多种参数化程序

设计了两孔孔距测量和自动拉直找正程序，应用机床探头功能，通过AUTO与JOG相结合方式，实现任意角度放置下的毛料、工装自动设置坐标系，无需二次调整工件，为操作人员在准备阶段提供便利。

2.4设计了零件布局自动识别方法

常见零件布局识别按为测量零件固定厚度，而当前生产零件为多机种混线生产，零件换型加工频繁。根据零件类别（如，外翼梁、襟翼梁、壁板）对识别方案进行区分，并设置了三列编码，每列编码由等厚的磁铁构成，最大可以贴3片。相比原方案单组编码，三列编码灵活性高，每列的高度可控，能够适应于加工过程中的振动、铝屑冲击等恶劣工况。

3.实施效果

3.1零件长度自动补偿

改变以往采用固定系数补偿大型铝合金零件延展量，在英宇航机翼中段后梁上采用温度相关的缩比系数Kx，综合考虑铝合金零件和设备光栅尺的延展量，对零件实际延展量进行补偿。根据零件温度控制孔变化值，探头测量后对Kx系数进行修订，完成数控全流程延展量控制。该方法已通过连续多架测量合格验证。

3.2无/少干预成组加工

针对有刀库、有测头设备，统一了设备刀具规格名称，基于高级程编语言，开发了模块化自适应找正、多坐标系循环赋值、壁厚自动控制、零件清理等宏程序。形成了标准的无干预自适应找正成组加工标准，具有较高的移植性，可在多种数控设备上进行推广。

针对无刀库、无测头（无法自动找正）设备，建立了虚拟刀库规格名称，基于高级程编语言，开发了模块化刀长自动检测、字符串变量坐标系循环赋值、壁厚分区控制等宏程序。建立了无刀库、无测头的少干预成组加工标准，推广性较强。

3.3多种参数化程序

以往铣平面程序、铣孔、攻丝程序灵活性低，当现场毛料尺寸发生变化时不能及时调整，而通过参数化编制铣平面、铣孔程序后，进行对关键参数进行修改（安全面、起始、终止面及切削参数等），即可满足加工需求。通过参数传递方式，可实现灵活的带参数传递子程序调用。目前该铣平面、铣孔、攻丝参数化程序已广泛应用于梁、壁板、框等类型零件中，为工艺准备节约宝贵时间。

4.总结

通过本项目技术方案实施，打破了传统加工理念，构建了新的程编模式。通过参数化高级程编语言深入研究，实现了数控设备无干预加工，通过“一键执行”加工，降低了人为干预产生的不确定因素，产品质量稳定；设备连续运转率提高，释放了设备20%以上产能，满足了设备上主研产品产量提速迫切需求，降低了生产交付压力。设计了零件自动识别方案，可实现混线加工中零件自动找正无干预加工。高级程编理念深入人心，大大丰富了程编人员、操作工人对于数控技术认识程度，提升了技术自信心，减轻了操作压力。

本项目具备较强的实践性，通过参数化高级程编，能在普通设备上释放更大价值，产生显著的效益。并且模块化功能程序具有较强移植性，可在具备一定硬件条件的设备快速实现推广应用。

5.参考文献

[1]郭旺, 翟建军. 飞机结构件的数控加工技术研究[J]. 机械制造与自动化, 2005, 34(1):52-55.

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