基于CAM软件的印刷机底板孔群加工路径优化方法

　　在印刷机底板和墙板类零件的数控加工中孔群加工所占的比重较大，直接影响生产效率。由于孔群中的各类孔直径不同，需要频繁变换孔加工刀具，刀具和工件的运动在加工过程中平均占用总加工时间的70%。因此，如何规划孔群的加工路径以达到缩短刀具移动路径、有效节约刀具的空刀移动时间，是孔群加工的关键问题。

1 孔群数控加工路径优化的必要性和现实意义

　　孔群加工路径优化问题抽象出来就是旅行商路径问题TSP(Travel Saleman Problem)，其实质是点位路径的优化问题。求解TSP问题的算法有十几种之多，包括精确算法和近似优化算法。精确算法包括：动态规划方法、线性规划方法、分支定界方法等，近似优化算法如插入法。最近点路径法、概率算法、正交路径法、混合路径法、生成树法等。近年来，借助于电子计算机技术的发展，很多智能优化方法不断完善和发展，例如模拟退火算法、禁忌搜索方法、蚁群算法、遗传算法等，也得到了很好的应用。

　　上述方法都能较好地解决多点位优化问题，但在实际生产中，具体选用哪种方法，要根据待加工孔群的特点和分布规律来选择。对于分布有规律的同类孔群，一般采用正交路径法；对于分布没有规律、任意排列的同类孔群，采用最近点路径法；对于同类孔群分布兼而有之的情况，可以采用混合路径法。在数控加工中，一般情况下，每个孔都要经过几道工序，使用几把不同的刀具加工。要提高孔加工速度和精度，就要合理安排加工工序，减少换刀次数，尽可能缩短刀具非切削循环状态下的空刀移动距离。借助于CAM（计算机辅助制造）软件，可以方便高效地实现对印刷机底板孔群加工路径的优化。从而编制出高效合理的数控加工程序，有利于提高零件加工质量，降低加工成本，缩短实际工时，促进生产率的提高，减少原材料和能源的消耗。

2 应用CAM软件对印刷机底板孔群数控加工路径进行优化的方法

　　下面以某B-B型印刷机机架底板零件的孔群加工为例，来说明应用CAM软件进行水平加工路径优化的实现方法。该底扳零件的孔群主要由四类孔构成，分别是2×φ40孔、7×φ9孔、7×φ15、24×φ5孔，基于工艺需要，我们在钻孔加工前首先要加工33个φ3中心孔；为方便优化结果作对比，只研究钻孔刀具加工路径，不考虑铣刀和镗刀加工路径。所以我们的研究对象为φ3中心钻、φ9麻花钻和φ5麻花钻。

　　MasterCAM是美国CNC Software公司开发的CAM软件，简单易学，编制数控程序极为方便，是一款经济实用的小型CAM软件。应用该软件对底板待加工孔进行参数设置和钻孔路径排序，可供选择的排序方法主要有三种，分别是“2D钻孔路径排序法”、”旋转钻孔路径排序法”和“交叉钻孔路径排序法”，由于底板零件中的孔群分布属于直线和圆周混合分布类型，所以选取“2D钻孔路径排序法”进行加工路径的自动排序。其中φ3中心钻在水平面内空走刀路径如图1所示，行程为1582.83mm。同样的方法可以得到φ9麻花钻和φ5麻花钻在水平面内空走刀路径的行程，具体数值见表1。

　　NX是Siemens PLM Software公司出品的大型CAM主流软件之一，其功能模块较MasterCAM要丰富和强大许多。在孔位优化模块中有一个“Shortest Path(最短路径)“优化功能，这种优化方式允许处理器根据最短加工时间来对加工点排序，该方法通常被用作首选方法，尤其是当点的数量多于30个时。当然，与其他优化方法相比，最短刀轨方法需要更多的算法处理时间，在最短优化路径对话框中，可以选择优化级别(Level)，包括标准和高级。应片NX软件该优化功能模块对底板待加工孔进行参数设置和钻孔路径排序，其中φ3中心钻在水平面内空走刀路径如陶2所示，行程为1383.13mm，φ9麻花钻和φ5麻花钻空走刀路程行程的具体数值见表1。

图1 MasrerCAM软件对底板孔系数控加工路径生成示意图

图2 NX软件对底板孔系数控加工路径优化示意图

表1 MasterCAM和NX对孔群加工路径优化后刀具水平总行程比较表 单位：mm

　　由表中数据可知，NX软件对孔群加工路径优化能力明显高于MasterCAM软件，钻孔水平总行程减少25%，其中对φ5麻花钻加工路径的优化差异率更是高达44%；可见选择不同的CAM软件，会得到不同的孔群加工路径优化结果，有时这种结果会有很大的差异。

3 结束语

　　孔群加工路径规划和优化问题对于提高多孔类零件的加工效率和质量具有重要意义，借助于CAM软件实现加工路径优化已经得到广泛的普及和应用。由于实际生产过程中的CAM软件种类繁多，各种CAM软件所适用的加工对象会有所区别。这就要求我们数控工艺编程人员针对不同的加工对象，选择适当的CAM软件，在保证加工精度的基础上维持较低的加工成本，并取得更高的加工效率。