汽車覆蓋件模具的面向對象數控編程技術
一 引言
隨著汽車工業的發展，汽車車身造型的不斷更新，大量的車身內外覆蓋件及加強板、連接板等金屬沖壓件的模具也要隨之更新，汽車覆蓋件模具是汽車車身生產的重要工藝裝備，其主要特點是尺寸大，工作型面復雜，一般多為自由曲面，尺寸精度和表面粗糙度均要求較高。因此對汽車模具的制造質量和周期提出了更高的要求。數控編程是模具制造中的重要環節之一，對模具質量的好壞和周期的長短起著重要作用。
以UG、Pro/ENGINEER、CATIA等為代表的商用CAD/CAE/CAM一體化軟件，為汽車行業提供了從設計到制造以及相關過程的一系列的技術支持，但就其根本來說仍屬于通用CAD/CAM軟件。如何將其強大的功能和企業自身的特點結合起來，將企業自身的經驗和專業知識融入其中，使其具備集成性和智能性，以提高設計和制造的效率，是企業面臨的實際問題。本文通過UG/API、GRIP以及VC++等工具，利用面向對象技術，對汽車覆蓋件模具的數控編程進行了二次開發，開發出適合于汽車覆蓋件模具的數控編程系統。
二、傳統的NC編程方法及其缺點
汽車覆蓋件模具的特點決定了NC編程的復雜性。一般來講，一套模具的加工需要數十個NC程序來完成。傳統的編程方法，是一個過程式編程，對于每一個NC編程操作都要經過這一流程，即使有時僅僅修改其中的一個參數。因此造成設定參數的過程較為繁瑣。另外，計算機生成刀位軌跡需要占用一定的時間，一般約占編程時間的30%以上，這樣也影響了編程效率和程序的質量。
三、面向對象技術在NC編程中的應用
1.面向對象的參數定義
在本文講述的編程系統中，把類和對象的概念引入到參數定義中。各類或對象之間具有層次關系，各層自上向下有繼承的特性。通過類的繼承可以派生一個類，在派生類中不但可以添加新的成員，而且可以通過函數覆蓋來修改其基類，使之更易于使用。在汽車覆蓋件模具類A中定義了汽車覆蓋件模具的共有參數和特征。拉深模類B1是由A中派生出來的，它繼承了A類的所有參數和特征，同時在B1類中定義了拉深模的共有參數和特征，同理向下派生。
2.參數定義的基本形式
class 拉深模具: public 汽車覆蓋件模具
{
private:
Ls_Parameters Par; //參數
bool GetQicheParameters( ); //復制父類參數
bool SetQicheParameters( );//修改父類參數
…
public:
virtual bool SetLsSampleMode( ); //定義加工模板
virtual bool SetLsParameters( ); //設置參數
…
};
3.對象的產生
（1）對象 一般情況下，一個實例就是一個對象，在NC編程中，一個生成NC程序的操作是一個對象。
（2）作業 一個作業可以是一個加工工序、一個部位或一個部件,如下模和上模等，甚至包括一套模具的NC編程過程。
在一個作業中，根據作業的屬性特征，從其相應的類資源派生出一個用戶定義類并通過人機交互界面修正定義本次作業的參數和特征。因此這個用戶定義類已經確定了完成本次作業的大部分參數。再從這一類中產生若干個對象來完成最后的參數設置。
4.關聯參數的自動設置
在NC編程中，許多參數是相互關聯的，也就是說當其中的一個或幾個參數確定以后，其它與之關聯的參數也就確定了。在NC系統中用數學關系式描述這種關聯，以達到減少人工設置參數個數的目的。
5.自動批處理生成CLSF
CLSF為刀位軌源文件。將設置好參數的一個或多個作業傳送到CLSF生成器中，批處理生成并保存CLSF及相關信息。這部分工作程序自動完成，可實現無人化，運行時間大多安排在下班以后，對提高效率很有幫助。
6.后處理的自動批處理生成
后處理為利用CLSF刀軌源文件生成NC程序的過程。CLSF文件經過整理、組合，傳送到后處理器中，批處理生成并保存NC程序及相關信息。
四、優點
1.有了參數的繼承性和關聯參數的程序計算，使得人工設置參數的數量進一步減少，簡化了編程操作，同時減少了人為造成的偶然錯誤。
2.程序的自動批處理生成，大大提高了編程效率。
3.可實現流水線作業。后序可通過繼承性獲得前序信息，經過操作處理完成本序再傳入下序。
4.可與CAPP系統集成。
五、加工實例
以汽車前圍板橫梁拉深模上模的型面加工為例，介紹一下自動NC編程的基本過程。從圖4中可以看出前圍板橫梁是一個尺寸較大，型面復雜的產品。在實際編程中，用了11個邊界參數將型面分為11個加工部位。這11個加工部位除了邊界參數及邊界參數的關聯參數不同外，其余的參數完全相同。基本過程如下所述。
1． 參數定義
☆ 從拉深模上模類中派生出一個用戶類。
☆ 在用戶類中定義型面數據、產品基準、產品料厚和加工模板等信息。
☆ 在用戶類中循環產生11個對象并加入邊界參數，使每個對象對應一個加工部位。
☆ 用戶定義參數完成，關聯參數由程序自動生成。行間距、切削方向、切削方式和切削速度等參數是程序根據邊界參數和型面數據特征經過程序計算確定的，其余參數由上層類中繼承。
2． 批處理生成CLSF文件
將設置好參數的作業傳到批處理器中生成CLSF文件。
3.后處理
在后處理器中重新組合CLSF文件并生成NC程序
六、結束語
本文介紹的編程系統應用面向對象技術，在有限的人為干預的情況下，能自動生成數控程序，并將其應用于汽車覆蓋件模具的數控編程。實踐證明本系統編程效率高，在很大程度上避免了人為錯誤，在實際應用中取得了良好的效果。
隨著汽車工業的發展，汽車車身造型的不斷更新，大量的車身內外覆蓋件及加強板、連接板等金屬沖壓件的模具也要隨之更新，汽車覆蓋件模具是汽車車身生產的重要工藝裝備，其主要特點是尺寸大，工作型面復雜，一般多為自由曲面，尺寸精度和表面粗糙度均要求較高。因此對汽車模具的制造質量和周期提出了更高的要求。數控編程是模具制造中的重要環節之一，對模具質量的好壞和周期的長短起著重要作用。
以UG、Pro/ENGINEER、CATIA等為代表的商用CAD/CAE/CAM一體化軟件，為汽車行業提供了從設計到制造以及相關過程的一系列的技術支持，但就其根本來說仍屬于通用CAD/CAM軟件。如何將其強大的功能和企業自身的特點結合起來，將企業自身的經驗和專業知識融入其中，使其具備集成性和智能性，以提高設計和制造的效率，是企業面臨的實際問題。本文通過UG/API、GRIP以及VC++等工具，利用面向對象技術，對汽車覆蓋件模具的數控編程進行了二次開發，開發出適合于汽車覆蓋件模具的數控編程系統。
二、傳統的NC編程方法及其缺點
汽車覆蓋件模具的特點決定了NC編程的復雜性。一般來講，一套模具的加工需要數十個NC程序來完成。傳統的編程方法，是一個過程式編程，對于每一個NC編程操作都要經過這一流程，即使有時僅僅修改其中的一個參數。因此造成設定參數的過程較為繁瑣。另外，計算機生成刀位軌跡需要占用一定的時間，一般約占編程時間的30%以上，這樣也影響了編程效率和程序的質量。
三、面向對象技術在NC編程中的應用
1.面向對象的參數定義
在本文講述的編程系統中，把類和對象的概念引入到參數定義中。各類或對象之間具有層次關系，各層自上向下有繼承的特性。通過類的繼承可以派生一個類，在派生類中不但可以添加新的成員，而且可以通過函數覆蓋來修改其基類，使之更易于使用。在汽車覆蓋件模具類A中定義了汽車覆蓋件模具的共有參數和特征。拉深模類B1是由A中派生出來的，它繼承了A類的所有參數和特征，同時在B1類中定義了拉深模的共有參數和特征，同理向下派生。
2.參數定義的基本形式
class 拉深模具: public 汽車覆蓋件模具
{
private:
Ls_Parameters Par; //參數
bool GetQicheParameters( ); //復制父類參數
bool SetQicheParameters( );//修改父類參數
…
public:
virtual bool SetLsSampleMode( ); //定義加工模板
virtual bool SetLsParameters( ); //設置參數
…
};
3.對象的產生
（1）對象 一般情況下，一個實例就是一個對象，在NC編程中，一個生成NC程序的操作是一個對象。
（2）作業 一個作業可以是一個加工工序、一個部位或一個部件,如下模和上模等，甚至包括一套模具的NC編程過程。
在一個作業中，根據作業的屬性特征，從其相應的類資源派生出一個用戶定義類并通過人機交互界面修正定義本次作業的參數和特征。因此這個用戶定義類已經確定了完成本次作業的大部分參數。再從這一類中產生若干個對象來完成最后的參數設置。
4.關聯參數的自動設置
在NC編程中，許多參數是相互關聯的，也就是說當其中的一個或幾個參數確定以后，其它與之關聯的參數也就確定了。在NC系統中用數學關系式描述這種關聯，以達到減少人工設置參數個數的目的。
5.自動批處理生成CLSF
CLSF為刀位軌源文件。將設置好參數的一個或多個作業傳送到CLSF生成器中，批處理生成并保存CLSF及相關信息。這部分工作程序自動完成，可實現無人化，運行時間大多安排在下班以后，對提高效率很有幫助。
6.后處理的自動批處理生成
后處理為利用CLSF刀軌源文件生成NC程序的過程。CLSF文件經過整理、組合，傳送到后處理器中，批處理生成并保存NC程序及相關信息。
四、優點
1.有了參數的繼承性和關聯參數的程序計算，使得人工設置參數的數量進一步減少，簡化了編程操作，同時減少了人為造成的偶然錯誤。
2.程序的自動批處理生成，大大提高了編程效率。
3.可實現流水線作業。后序可通過繼承性獲得前序信息，經過操作處理完成本序再傳入下序。
4.可與CAPP系統集成。
五、加工實例
以汽車前圍板橫梁拉深模上模的型面加工為例，介紹一下自動NC編程的基本過程。從圖4中可以看出前圍板橫梁是一個尺寸較大，型面復雜的產品。在實際編程中，用了11個邊界參數將型面分為11個加工部位。這11個加工部位除了邊界參數及邊界參數的關聯參數不同外，其余的參數完全相同。基本過程如下所述。
1． 參數定義
☆ 從拉深模上模類中派生出一個用戶類。
☆ 在用戶類中定義型面數據、產品基準、產品料厚和加工模板等信息。
☆ 在用戶類中循環產生11個對象并加入邊界參數，使每個對象對應一個加工部位。
☆ 用戶定義參數完成，關聯參數由程序自動生成。行間距、切削方向、切削方式和切削速度等參數是程序根據邊界參數和型面數據特征經過程序計算確定的，其余參數由上層類中繼承。
2． 批處理生成CLSF文件
將設置好參數的作業傳到批處理器中生成CLSF文件。
3.后處理
在后處理器中重新組合CLSF文件并生成NC程序
六、結束語
本文介紹的編程系統應用面向對象技術，在有限的人為干預的情況下，能自動生成數控程序，并將其應用于汽車覆蓋件模具的數控編程。實踐證明本系統編程效率高，在很大程度上避免了人為錯誤，在實際應用中取得了良好的效果。
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