基于PowerMILL的造型车模五轴加工编程模版开发*

朱克忆

(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙 410081)

0 引言

在新车型的开发流程中，制作整车造型模型是必不可缺的一环。设计师在草绘纸张和三维软件中设计的图样经过初步评审之后，需加工出多个小比例或等比例泡沫或油泥材质车模，称为粗模型。然后在加工出来的粗模型实物上由造型师手工精雕出三维软件中难以设计出来的细节特征，最终的精雕车模经过逆向设备获得数字模型，用于后期的结构工程设计。因此，造型车模既是设计新车型的工具，设计师在此模型上可添加、修改或删除细节特征，也是供新车型定型评审的展示实物，评审专家可通过手触、光照等手段来评价设计结果。目前，造型车模的主流加工方式是使用五轴数控加工中心铣削成型，由于造型车模型面灵活多变，毛坯造价较高、表面质量要求高、加工周期短，且五轴数控加工编程比三轴数控加工编程复杂，因此，探讨基于典型CAM软件的造型车模五轴加工编程工艺及其模版化具有重要的实用意义和经济价值。

1 造型整体车模加工工艺分析

3箱轿车是目前家用车市场的主流车型之一，因此笔者以常见的3箱轿车等比例油泥造型模型加工为例来探讨五轴加工编程工艺及其模版开发问题。

1.1 整车模型结构要素工艺性分析

影响编程工艺的首要因素是待加工对象的结构特点及工艺要求。3箱轿车造型模型的加工要素一般包括以下几部分，①车身型面，车身由大量光顺的自由曲面构成，主要又分为引擎盖板、顶棚、行条箱盖板、左右整体侧围板、前后保险杠盖板、左右翼子板、左右车门板等成型曲面。②车身的结构功能面，主要包括各种装饰件如门把手的安装面、各种功能件如挡风玻璃的安装平面、台阶或槽等。③车身分缝线，主要指车身“四门两盖”等身外覆盖件之间的分缝槽。造型车模加工的要点主要为:①特征加工完整无缺陷，曲面光顺，无崩烂面现象。②接刀痕迹不允许在特征上，接刀痕迹高度不能超过0.03 mm。③加工表面光洁、刀纹清晰。④整车加工数据公差不能大于±0.1 mm。

1.2 毛坯制作及加工分析

了解和掌握毛坯的制作情况是编程的前期准备工作。在新车型的造型设计阶段，一般使用油泥来制作造型整车模型的毛坯。制作造型车模的毛坯，一般遵照如下流程:①将整块聚氨脂泡沫胶接固定在木板上。②造型师手工切割出整车模型外形。③在五轴机床上精确铣削出余量为-10 mm的整车泡沫模型型面。④在负余量聚氨脂泡沫模型上逐层刮涂厚度约为15 mm的油泥，此厚度为15 mm的油泥模型即为造型车模加工用的毛坯。

1.3 工艺系统需求分析

造型车模使用普通压板固定在机床工作台上，一般无须设计专用夹具。

等比例造型车模长度通常超过4 m，一般选用龙门式动梁五轴数控加工中心这一类型的机床来加工。

油泥的切削性能良好，一般可使用排屑性能良好的专用油泥铣刀来加工。各工步使用的刀具类型及直径大小如表1所列。

2 造型整车模型数控加工编程工艺分析

区别于结构零件和模具零件的加工，造型整车模型的加工是典型的产品加工。所谓产品加工，就是使用机床加工的对象直接是产品而非其成型模具零件。在产品加工中，不可避免地会遇到负角面、内凹槽等特征的加工，而这类特征的加工是三轴机床及三轴加工方式所不能解决的，必须使用五轴机床及相应的五轴加工方式来加工整车模型。

另一方面，在新车模的造型设计阶段，往往要加工很多个油泥模型，同一车型的油泥模型又往往只是局部区域的特征作了些许修改或调整，如果对每一个造型车模的加工都从头到尾按数控编程的流程操作一遍，编程效率不高，而且一旦调换了编程工程师，不同的编程人员对造型车模加工编程的思路也会不同，这就会影响加工质量的稳定性，因此，研究并固化造型整车模型数控加工编程工艺，最终使用软件开发平台开发出数控编程工艺模版，是保证造型整车模型五轴数控加工质量和效率的最佳手段之一。造型车模的加工工步一般按照以下流程进行:粗清角→半精加工→精加工→清角→刻线，具体工步安排及详细参数见表1所列。

表1 造型车模数控编程工艺表

3 基于PowerMILL和易语言系统开发数控编程工艺模版

PowerMⅠLL是一款主要面向覆盖件模具复杂三维型面加工的2.5～5轴数控加工自动编程系统，具有一定的面向特征自动化、智能化编程平台基础。易语言系统是一款国产应用程序开发平台，通过静态编译功能，开发的软件基于Windows操作系统，具有通用性。

使用PoweMⅠLL和易语言系统开发造型车模五轴加工数控编程工艺模版的总体思路描述如下:在PowerMⅠLL软件中，按照表1造型车模数控编程工艺表的工艺参数，逐工步地计算各部位加工刀具路径。每个工步的刀具路径计算完成后，使用PowerMⅠLL软件中的命令查看器，查看和复制该工步数控编程过程中的每个操作所对应使用的命令。

在易语言系统中，首先通过链接模块文件，建立起PowerMⅠLL软件与易语言系统的内部链接。接着使用易语言建立Windows窗口程序，设计编程工艺模版软件操作界面，并将在PowerMⅠLL系统中复制得到的命令行添加到易语言软件开发平台中设计的对应按钮代码区中，点击该按钮后，即可执行所需的系列化的操作。

油泥造型整车模型五轴加工编程工艺模版的开发流程及具体步骤如图1所示。

根据上述操作过程，开发的造型车模五轴数控加工编程工艺模版如图2所示。

新车型编程加工任务开始时，将车型数模输入到PowwerMⅠLL系统中，设置毛坯、安全高度、起始点和结束点等少量参数后，分别打开刀具库、编程工艺模版、机床库，即可快速、标准地完成造型车模五轴加工编程。

图1 造型车模五轴加工编程工艺数控库开发流程

4 结语

造型车模的数控加工编程工艺规范化是该类模型数控加工编程自动化和智能化的基础性工作。在商品化CAM软件中，使用二次开发工具制作成标准编程系统或参数化的编程模版，进而实现数控加工编程的自动化和智能化，这样可极大地提高数控加工编程的效率和质量，具有很高的经济价值。

图2 造型车模五轴数控加工编程工艺模版

［1］ 李 举.PowerMⅠLL软件在叶轮加工中的应用［J］.金属加工、冷加工，2011(23):75-77.