CN101718977B - 用于汽车纵梁冲孔加工的cam系统及控制方法和构建方法 - Google Patents

Abstract

一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统，其特征是包括：读取CAD文件的装置；将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的装置；将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的装置；模具适配以及优化和模拟运行装置；将数据生成NC数据程序的装置；将NC数据程序传输给冲孔数控设备的装置；以及数控冲孔设备。一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：读取CAD文件的步骤；将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的步骤；将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的步骤；模具适配以及优化和模拟运行步骤；将数据生成NC数据程序的步骤；将NC数据程序传输给冲孔数控设备的步骤；数控冲孔设备进行加工作业的步骤。

Description

用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统及控制方法和构建方法

技术领域

本发明涉及数控冲孔生产线控制系统和计算机辅助制造(CAM)技术领域，尤其涉及汽车改型和试制车型的汽车纵梁CAM系统及控制方法和系统构建方法。

背景技术

目前国际上用于冲压设备的具备数控编程功能的CAD/CAM一体化软件主要有美国TEKSOFT公司的PROCAM软件，台湾世新科技的NEWCAM，日本天田公司的AP100等CAM自动编程软件，这些软件都集成了数控加工功能模块。但对于专用的汽车纵梁数控冲孔生产线来说，因为没有CAD/CAM一体化软件支持的数控加工功能模块系统，还达不到这种特殊冲孔工艺的要求。国外汽车纵梁数控冲孔生产线以比利时索能为主要代表，它的编程方法是人工把图形数据库的坐标值和直径输入以及幅面翼面选择。我国自2001年第一台国产汽车纵梁数控冲孔生产线制造出来后，自动编程系统采用两种方式，第一种如图15所示，在CAD中绘图形成图形数据库，用通用的CAM软件加模具，生成一个中间程序，再用专用的程序进行特殊处理然后产生专用的汽车纵梁数控冲孔生产线程序的方式，即通过第三方的CAM软件进行转换后用专用的程序进行处理生成特定的加工程序；第二种读取DXF格式的图形信息进行处理以取代上述的第三方的CAM软件，其他步骤同第一种。

以上各种编程控制方法存在效率低，出错率高，步骤多，繁琐，一旦图形改动都必须从头再来等不足。有以下三类缺点：(1)编程人员需要学习和掌握数控语言，(2)需要将被加工零件信息转换成文字或数字信息，不仅不直观，而且在转换过程中出错率高，(3)数控语言编程目前还是采用批处理形式，即用数控语言编写的零件源程序，输入计算机后只进行一次处理，且在处理过程中无法进行人工干预，从而无法对指令代码的运行结果进行修改，对于汽车改型和试制车型的汽车纵梁需要经常修改。

由于上述控制软件的局限性，导致冲孔CAM系统控制落后，技术性能、通用性和效率比较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的与CAD/CAM系统高度集成，能够实现高效率和高质量的冲孔CAM系统，以及该系统的控制方法。本发明的另一个目的是提供一种简化的冲孔CAM系统的构成方法。

汽车纵梁数控冲孔生产线自动编程建立在汽车纵梁加工工艺、计算机辅助设计和制造即CAD/CAM技术、ActiveX Automation技术以及OLEAutomation技术的基础之上。ActiveX Automation被称为第四代开发工具。同其他三代开发工具相比，ActiveX Automation提供了最大的灵活性和开发效率。本发明是基于Visual Basic和ActiveX Automation技术，开发出汽车纵梁数控冲孔生产线自动编程的冲孔CAM系统及控制方法。

本发明的技术方案是：将CAD和CAM实现一体化(如图16所示)，从CAD图形中获取汽车纵梁的冲孔数据，自动添加CAM模型，生成NC程序，传送到数控系统，进行加工生产。

一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统，其特征是包括：

1、读取CAD文件的装置。

2、将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的装置。

3、将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的装置。

4、模具适配以及优化和模拟运行装置。

5、将数据生成NC数据程序的装置。

6、将NC数据程序传输给冲孔数控设备的装置。

7、数控冲孔设备。

还包括：上料装置；板材夹紧装置；送进装置；零点检测装置；幅面前检测、幅面后检测、翼面检测装置；主机冲压装置；下料装置。

一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：

1、读取CAD文件的步骤。

2、将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的步骤。

3、将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的步骤。

4、模具适配以及优化和模拟运行步骤。

5、将数据生成NC数据程序的步骤。

6、将NC数据程序传输给冲孔数控设备的步骤。

7、数控冲孔设备进行加工作业的步骤。

综上所述，本发明的系统的构建方法包括下列步骤：

1、根据用户需求选择使用的汽车纵梁数控冲孔生产线类型。(平板、翼面、幅面、三面冲)

2、用visual Basic创建汽车纵梁数控冲孔生产线类型(平板、翼面、幅面、三面冲)所对应的工程，该工程中包括对CAD的引用，各种窗体的建立及编程，模块中自定义函数和子程序的程序设计，建立各种算法的数学模型，建立类模块以便于VBA程序调用。

3、把工程的类型确定为Activex Dll，并编译成各种汽车纵梁数控冲孔生产线类型所对应的动态链接库类型。

4、用VBA编写与编译的各种类型的动态链接库相连接的接口程序。

5、编写各种数控冲孔生产线类型相对应的脚本(Scripts)建立CAM图标菜单文件及每项所对应的图标。

6、建立每项图标与VBA编写接口程序的链接。

7、把所述的CAM图标菜单文件、VBA编写接口程序、VB编写类生成DLL、以VB类的形式提供的开发接口、窗体、模块、工程，加密方法、使用说明等各种文档都封装在SETUP中，形成各种汽车纵梁数控冲孔生产线的安装程序。

8、根据用户需求选择使用的汽车纵梁数控冲孔生产线类型。(平板、翼面、幅面、三面冲)，选用相应的安装程序(即setup.exe)。

9、安装完成后，在CAD中把安装的目录增加到支持文件搜索路径中。

10、在CAD中把CAM菜单增加到菜单自定义项中。

该系统工作时，

1、读入汽车纵梁的展开图，删除重复信息，筛选与冲孔有关的数据，根据冲孔方式，把基点移动到0，0点。

2、保存CAD现场数据，包括(捕捉设置，线形，当前层，系统变量)

3、新建CAM层。

4、读入模具库信息，包括工位，类型，尺寸X，尺寸Y，安装角度，模具偏置，把各种模具形成CAM模型。

5、读入板材设置信息，包括板材长度，幅面宽度，翼面高度，厚度，行程长度，行程宽度，NC程序的名称。

6、读入公差信息(正公差，负公差)。

7、根据用户选择确定是进行自动适配模具，还是手动配模具。

如果用户选择自动适配模具，则系统进入自动适配模具功能，首先确定每个主机所属模具的加工范围，两个以上主机冲孔的条件，上、下、中间死区的大小，根据孔的形状和直径的大小，与模具的CAM模型加上公差进行比较，满足要求则对该孔加入CAM模型中，不满足则取下一个模具，全部模具取完后都不符合要求则不加模具，以此类推，对整个整个汽车纵梁的展开图进行处理，建立了CAM模型并存入CAD图形库中。

如果有些孔没有合适的模具，则选择手动配模具，并把CAM模型并存入CAD图形库中。

8、如果用户选择幅面或三面冲，把后检测的CAM模型添加属性。

9、优化，通过模具优化、路径优化、过滤式优化、分段优化、组合优化等多种优化方法，达到减少换刀次数，缩短空程长度，进而节省加工时间，提高工作效率的目的。

10、冲孔轨迹的模拟，NC代码的仿真，分单步模拟，多步模拟和自动模拟，退出模拟等多种选择方式。

11、NC程序的生成，根据所用的数控系统和汽车纵梁的类型以及冲孔加工的生产线类型，生成专用的NC代码(包括G代码和M代码以及自定义的参数子程序，夹钳交换代码等)

恢复CAD现场数据

12、数据程序的传输，用各种传输方式(CF卡、网路、rs232串口等)传送到数控冲孔生产线的数控系统中。然后

----把需要加工的板材放到上料架上；

----在汽车纵梁数控冲孔生产线的数控系统中运行程序进行加工；

----加工完成后把加工好的产品放到下料架上。

本发明的效果：一是利用ActiveX Automation技术开发汽车纵梁数控冲孔生产线CAM系统的工艺过程，实现了CAD和CAM一体化；二是可以跨平台、跨版本的开发技术，图形设计可以运用Pro/Engineer，UGII，I-DEAS，Euclid-IS，CATIA，Solid Works等专用CAD软件直接设计绘制，通过DXF、I-GES、DWG格式放入CAD和CAM的一体化系统，也可以用AutoCAD直接绘制。对于AUTOCAD这种CAD软件可以跨版本，可以安装在AutoCAD2000、2002、2004、2005、2006、2007、2010等各种版本中；三是自动适配模具算法，在CAD/CAM一体化的基础上，通过自动适配模具，合理分配冲孔的模具，避免同一把模具用于连续冲孔产生过热而减少使用寿命；合理分配幅面的冲孔主机，为采用双主机同时冲做准备；从而形成了一整套创新的汽车纵梁数控冲孔生产线的加工工艺制定流程；四是优化算法，模具优化和路径优化相结合，双机同时冲孔与夹钳交换紧密配合，优化的最终目的加快纵梁冲孔的生产节拍。对于夹钳交换，采用双通道，夹板夹钳夹持纵梁向前进行冲孔工作，其他非夹板夹钳同时快速回退到下一个定位位置等待，使得夹钳交换的冗余时间达到最小。对于幅面冲双主机系统，尽大可能采用双主机同时冲，提高冲孔速度，节省时间，节约成本，满足快速、实时、完成汽车纵梁生产的要求。

本发明采用了ActiveX Automation技术，增强了CAD/CAM系统的集成性、对各种不同版本的适应性和可维护性；使得从图形到生成NC程序的操作、控制、使用的简便，代码生成速度快。二是采用了自动适配模具的算法使得模具分配合理，能够减少模具发热，延长使用寿命；具有死区识别功能，达到提前预警，避免在冲孔生产线中的死区报警。三是采用了独特的模具优化方法能有效的减少空行程、提高了双主机同时冲的比率、冲孔速度快，提高了生产效率。四是具有在计算机上NC轨迹模拟功能，直观性强。五是具有删除重复功能，以快速判别绘图中出现的错孔和防止重冲造成损坏模具。

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明的系统软硬件配置方框图。图2是本发明CAD/CAM集成系统框图。图3汽车纵梁数控冲孔生产线自动编程系统功能模块图即图2中的DLL工程。图4自动配刀程序框图。图5路径优化和模具优化框图。图6CAM图标菜单。图7模具库弹出菜单。图8模具编辑菜单。图9板材设置菜单。图10自动冲压参数菜单。图11单点冲菜单。图12自动适配模具选择菜单。图13优化菜单。图14NC程序生成菜单。图15目前现有编程技术框图。图16本发明实现的编程技术框图。图17是以U形梁的三面冲四主机为例说明本发明的数据流程和工作流程图。

具体实施方式

一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统，其特征是包括：

1、读取CAD文件的装置。

包括计算机硬件及操作系统，CAD系统以及删除重复模块、获取CAD数据模块、筛选分离数据模块和数据存储模块。

2、将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的装置。

包括ActiveX Automation技术、visual Basic主程序、VBA链接程序、脚本(Scripts)以及图标菜单数据库和SETUP安装程序。

3、将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的装置。

包括模具数据库、板材设置模块、公差设置模块、数据存储模块以及CAM生成模块。

4、模具适配以及优化和模拟运行装置。

包括死区判断模块、检测单元、报警单元、自动适配模具数学模型及算法模块、优化的数学模型及算法模块、模拟运行的数学模型及算法模块。

5、将数据生成NC数据程序的装置。

包括各种数控系统G代码库或数控系统定义的固定加工循环代码数据库、大小主机同时冲孔的计算方法模块、夹钳交换或夹钳死区避让的算法模块、数控系统的M代码库、每个加工面的冲压孔数统计以及校验模块，双主机同时冲孔的比率统计模块。

6、将NC数据程序传输给冲孔数控设备的装置。

包括CF卡、U盘、rs232串口，USB转串口连接装置以及网络。

还具有参数设置，通道选择，波特率选择，奇偶校验设置，数据位设置，停止位设置，数据流控制设置等端口。

7、数控冲孔设备。可以是以下设备的一种：平板冲七工位单主机或25工位开式单主机；平板冲九工位单主机或25工位闭式单主机；平板冲14工位双主机；平板冲18工位双主机；u形三面冲四主机；u形三面冲三主机；u形翼面冲双主机；u形腹面冲双主机。

还包括：上料装置；板材夹紧装置；送进装置；零点检测装置；幅面前检测、幅面后检测、翼面检测装置；主机冲压装置；下料装置。

本发明所述的模块可以理解为含有软件程序的存储介质或装置。

一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAM系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：1、读取CAD文件的步骤。读入汽车纵梁的展开图，删除重复信息，筛选与冲孔有关的数据并存入数据存储装置，根据冲孔工艺，把基点移动到0，0点，保存CAD现场数据，包括(捕捉设置，线形，当前层，系统变量)。

2、将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的步骤。

创建汽车纵梁数控冲孔工程数据库，添加工程中的内容，包括对CAD的引用，各种窗体的建立及编程，模块中自定义函数和子程序的程序设计，建立各种算法的数学模型，建立类模块以便于VBA程序调用，创建动态链接库，创建图标菜单，创建CAD/CAM系统、动态链接库与图标菜单的接口，编写各种数控冲孔生产线类型相对应的脚本，封装进安装程序。

3、将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的步骤。

新建CAM层，读入模具库信息，包括工位，类型，尺寸X，尺寸Y，安装角度，模具偏置，把各种模具形成CAM模型，读入板材设置信息，包括板材长度，幅面宽度，翼面高度，厚度，行程长度，行程宽度，NC程序的文件名称，形成板材和行程图形，读入公差信息(正公差，负公差)，形成CAM模型。

4、模具适配以及优化和模拟运行步骤。

如果用户选择自动适配模具，则系统进入自动适配模具功能，首先确定每个主机所属模具的加工范围，两个以上主机冲孔的条件，上、下、中间死区的大小，根据孔的形状和直径的大小，与模具的CAM模型加上公差进行比较，满足要求则对该孔加入CAM模型中，不满足则取下一个模具，全部模具取完后都不符合要求则不加模具，以此类推，对整个整个汽车纵梁的展开图进行处理，建立了CAM模型并存入CAD图形库中。

如果有些孔没有合适的模具，则选择手动配模具，并把CAM模型并存入CAD图形库中。

如果用户选择幅面或三面冲，把后检测的CAM模型添加属性

通过模具优化、路径优化、过滤式优化、分段优化、组合优化等多种优化方法，达到减少换刀次数，缩短空程长度，进而节省加工时间，提高工作效率的目的。

冲孔轨迹的模拟，NC代码的仿真，分单步模拟，多步模拟和自动模拟，退出模拟等多种选择方式

5、将数据生成NC数据程序的步骤。

根据所用的数控系统和汽车纵梁的类型以及冲孔加工的生产线类型，生成专用的NC代码(包括G代码和M代码以及数控系统定义的固定加工循环代码，夹钳交换代码等)。

恢复CAD现场数据。

6、将NC数据程序传输给冲孔数控设备的步骤。

用各种传输方式(CF卡、网路、U盘、RS232串口等)传送到数控冲孔生产线的数控系统中：包括给定程序号、数控系统接收数据、计算机端运行发送程序、选择要发送的程序、发送数据、校验程序、数控系统端发出结束信号、程序传输完成。

7、数控冲孔设备进行加工作业的步骤。

运行加工程序

启动上料：将汽车纵梁放置在上料平台，使用进料提取装置依次吸提备用汽车纵梁，吊运到进料端支撑辊轮上；

夹钳夹紧汽车纵梁；

检测零点；

送料到第一个冲孔加工位置；

进行冲孔加工或夹钳交换或夹钳避让；

冲完后下料；

放到下料架上；

夹钳复位回到参考点。

重复启动上料循环直到把一个班次所需加工件数加工完为止。

具体实施方式分为四个部分，第一部分示出本发明的系统结构示意图和数据流程图，第二部分示出各个模块的主要功能界面和图标菜单，第三部分示出本发明的自动适配模具和优化的算法，第四部分以U形梁的三面冲四主机为例说明本发明的数据流程。

第一部分

图1示出了本发明汽车纵梁数控冲孔生产线自动编程方法及系统的软硬件配置。左边是CAD/CAM集成系统所需要的软硬件支撑环境，它由计算机硬件(中央处理器、存储器、控制器、输入输出设备、显示器等组成)和支撑软件操作系统组成。右边是汽车纵梁数控冲孔生产线设备，它由上料装置、主机1-4、数控系统、下料装置组成。工作原理是，用户进入CAD系统后，打开一张汽车纵梁展开图，把合适的角移动到0，0点(该角与数控生产线的数控系统的坐标系定义相匹配，与上料方向、销定位、边定位、中间定位有关)，通过删除重复元素、保存CAD现场数据、包括(捕捉设置，线形，当前层，系统变量)、并新建CAM层、把当前层设置为CAM层；通过建立模具的CAM模型、设置板材参数、设置公差参数、读取筛选图形信息、综合输入的信息根据自动配刀算法进行自动适配模具，特殊的进行手动配模具(如无合适模具，佯冲点等)、生成CAM模型、存入图形数据库中；通过前后检测向CAM模型添加属性，属性值也存入图形数据库中，至此CAM模型已经建立；通过模具和路径优化，对冲点冲压的先后次序排序，以总的冲压路径最短和尽量减少换模次数为目标；通过进行冲压轨迹模拟演示，根据数控系统类型选择、夹钳交换算法、两台以上主机同时冲孔算法生成NC程序；通过恢复CAD现场数据，把当前层设置为CAD开始打开图形的层、使用传送介质(卡、网线、串口通讯线等)把NC程序传输到图1右边的汽车纵梁数控冲孔生产线的数控系统中去，把需要加工的板材放到上料架上，在汽车纵梁数控冲孔生产线的数控系统中运行程序，主机进行冲孔加工，生产出汽车纵梁产品，加工完成后把加工好的产品放到下料架上。系统自动循环上料、冲孔、下料动作，这样就可以成批加工汽车纵梁，直到上料架上加工的板材为空。

图2示出了图1中CAD/CAM集成系统的实现方法。基于Visual Basic和ActiveX Automation技术，开发汽车纵梁冲孔生产线CAM系统，其具体方法如下：增加菜单项以实现CAM图标，用VBA编写接口，使图标与ActiveX控件相连，用VB编写类生成DLL，它是以VB类的形式提供的开发接口，可用于定义模型的几何、窗体，拓扑以及实现其他功能.在应用中，可直接通过类的公共(Public)数据成员和保护(Protected)数据成员以及成员函数(Member Function)与ACIS相互作用.开发者也可以根据特殊的需要从ACIS类派生出自己的应用类，类接口在各版本中可能有变化.最终把菜单、VBA工程、DLL、各种文档都封装在SETUP中，可以安装在AutoCAD2000、AutoCAD2002、AutoCAD2004、AutoCAD2005、AutoCAD2006 AUTOCAD2007中。首先创建一个CAM系统图标菜单，编写脚本(Scripts)jmcar.mns，在AUTOCAD使用工具→自定义菜单→\JMCAR.MNS加载，把CAM菜单加载到AutoCAD系统中，以便用户像点击AutoCAD的图标一样点击CAM图标。第二步用VBA编写jmvb1.dvb工程，用于调用DLL工程中类的成员，第三步中使用VisualBasic6.0创建工程，包括各种窗体、模块、类、过程、函数和各种功能模块并编译成DLL工程，以备VBA调用，该部分的工作量最大约占整个开发总量的90％以上。最后集成打包封装形成SETUP安装文档。如图2所示。本发明实现了CAD和CAM融为一体的一种自动编程方法。

图3示出了图2中DLL工程中各种窗体、模块、类、过程、函数和各种功能模块之间的关系图，从图可以看出，本发明有十个功能模块即(模具库管理、板材设置、单点冲、自动适配模具、优化、公差参数设置、添加属性、生成NC程序、模拟演示、删除重复)，各个模块之间的关系如图所示，首先获取一张汽车纵梁张开图，把图形放到0，0点，进行板材设置，建立磨具库，参数设置，自动配模具，需要时单点冲，优化，模拟演示或生成NC程序，把程序传送到各种生产线的数控系统中进行生产加工。

第二部分自动编程方法中各个模块的主要功能

自动编程方法中各个模块在图6中的提示示出，代表着本发明的10个功能模块的界面和图标菜单，各个图标分别表示模具库、板材设置、单点冲、自动配刀、优化、参数设置、添加属性、生成NC程序、模拟演示(开始、下一个冲点、连续5步、自动演示、退出模拟)、删除重复等操作。

模具库管理：建立、修改、删除模具。它由工位、模具类型、x向尺寸、Y向尺寸、旋转角度、圆角半径、x向偏置距离等字段组成。用于建立模具的CAM形状。见图7模具库弹出菜单，建立修改删除模具，对AUTOCAD初始化，图8模具编辑菜单改删除编辑模具模具类型。

板材设置：见图9板材设置菜单设置程序号，板材长度，板材宽度，板材厚度，材料强度，X方向行程，Y方向行程，夹钳1中心点的X坐标值，夹钳2中心点的X坐标值，死区X方向值，死区Y方向值，夹钳个数等。该模块根据输入参数绘制行程图形，板材图形，夹钳及其死区的图形，坐标原点定位。

单点冲：图11单点冲菜单，该模块的功能手动加模具，用选中的模具在确定的位置进行冲孔，用回车或鼠标右键结束单点冲操作，该项操作前必须建立模具库。当进入该模具的死区范围报警

自动适配模具：图12自动适配模具选择菜单，选择对象：用框选或者单选选择，可以多次选择，鼠标右键结束，对绘图绘制的各种圆和公差设置参数进行自动配刀，该项操作前必须建立模具库，设置自动冲压参数

优化：图13优化菜单，路径模具优化，每次优化时，系统自动进行删除重复工作。当加入单点冲、自动加模具、在加模具之后删除重复等操作后必须优化。在进行模拟演示，生成程序之前必须优化

自动冲压参数：图10自动冲压参数菜单，正公差负公差，自动加模具前，根据图纸的绘图大小与模具的适配情况应正确设置该项。该模块的主要功能是

NC程序生成：图14生成NC程序菜单，给出程序名称，放入缺省目录d:\cnc\，输入目标程序的文件名，缺省目录d:\cnc\，能够进行模具检查，列出翼面幅面的冲孔个数计同时冲孔的比率。

模拟演示：有5个分别表示模拟开始、下一个、下五个、到全部、退出模拟演示，生成程序时必须退出模拟演示状态。

删除重复：由于图形和适配的模具都有可能存在重复，所以必需建立模具库，删除原则：1)直线a两直线的起点＜＝0.01mm并且两终点也＜＝0.01mmb两直线的角度差为180度，两直线的起点终点＜0.01mm并且其终点起点也＜＝0.01mm。2)圆a两圆的圆心距离小于一丝(0.01mm)，则可以删除其中任何一个圆，不影响冲床的精度b把大于1丝小于8mm的重复圆该为绿色(Green)显示，用户自己选择删除其中一个。C两圆的圆心距离＞8mm，不认为重复.3)弧  两弧的圆心距离小于一丝(0.01mm)，弧的半径相等，开始角度和终止角度都相等，认为是重复删除其中之一.4)模具插入点相同，模具号相同或模具尺寸相等时删除其中之一。

添加属性：该模块的功能是：用于U型板材的前检测对坐标系进行转换，从腹面的左下角变为左上角，Y方向由向上为正改为向下为正。根据汽车制造厂的图纸要求，分后检测和前检测，缺省为后检测，前检测可以用添加属性按钮对已经适配的模具添加一个WB属性表示该孔使用

前检测：y值＝板宽-孔的中心点的坐标y值

X值＝孔的中心点的坐标

后检测：y值＝孔的中心点的坐标y值

X值＝孔的中心点的坐标

添加属性按钮的图标，是随着汽车纵梁数控冲孔生产线的不同而变化的，它是区别哪种冲孔生产线的唯一标识，下面是八种典型的汽车纵梁数控冲孔生产线。

A平板冲七工位单主机或25工位开式单主机

B平板冲九工位单主机或25工位闭式单主机

平板冲14工位双主机

//平板冲18工位双主机

∪ u形三面重四主机

∩U形三面重三主机

∈u形翼面冲双主机

∏u形腹面冲双主机

第三部分自动适配模具和优化的算法

自动排刀的算法：图4示出本发明的自动适配模具的算法，首先建立刀具库，并提取刀具信息如：圆刀的直径，其他刀具的长、宽、面积、角度，刀具名称等，设置正公差和负公差的范围，以便进行匹配刀具。第二步从AUTOCAD中提取图形信息放入选择集中，并把圆孔、长方孔、长圆孔、特殊孔四种筛选出来，去除板材线，尺寸线，文字等，第三步从选择集中取一个图素，判断该图素的类型(上述四种)，根据图素的类型进行相应的处理。下面分述这四种类型的处理方法。(1)圆孔当从选择集中获取的图素类型为圆孔时，首先获取圆孔圆心的坐标值(X，Y，Z)和直径，再根据直径与刀具库中所有刀具直径进行比较，找出一把名称为圆形、直径相等的刀具来，该刀具在圆心处进行单点冲，即在CAM层上向CAD内绘制刀具图形，并向该刀具图形添加属性(刀号，标记、层、刀具的插入点等)；若所有刀具的直径与圆的直径都不相等，则根据直径值加公差值与刀具库中所有刀具直径进行比较，找出一把合适的刀具在圆心处进行单点冲；若所有刀具的直径与圆的直径加公差值都不合适，则把该图素用一种醒目的颜色显示出来，并弹出一个提示信息“此圆无合适的刀具进行配刀！！”，用户根据实际情况进行相应的处理。(2)长方孔当从选择集中获取的图素类型为长方孔时，首先获取长方孔的长、宽、面积、角度和长方孔中心的坐标值(X，Y，Z)，再根据长方孔的面积、长、宽、角度值与刀具库中所有刀具面积、长、宽、角度值进行比较，找出一把名称为矩形且面积、长、宽、角度值都相等的刀具来，该刀具在长方孔中心处进行单点冲，即在CAM层上向CAD内绘制刀具图形，并向该刀具图形添加属性(刀号，标记、层、刀具的插入点等)；若所有刀具的参数条件都不满足，则把该图素用一种醒目的颜色显示出来，并弹出一个提示信息“此长方孔无合适的刀具进行配刀！！”，用户根据实际情况进行相应的处理。(3)长圆孔当从选择集中获取的图素类型为长圆孔时，首先获取长圆孔的长、宽、面积、角度和长圆孔中心的坐标值(X，Y，Z)，再根据长圆孔的面积、长、宽、角度值与刀具库中所有刀具面积、长、宽、角度值进行比较，找出一把名称为长圆形且面积、长、宽、角度值都相等的刀具来，该刀具在长圆孔中心处进行单点冲，即在CAM层上向CAD内绘制刀具图形，并向该刀具图形添加属性(刀号，标记、层、刀具的插入点等)；若所有长圆形刀具的参数条件都不满足，则选合适的圆刀进行步冲；若连圆刀也没有合适的，则把该图素用一种醒目的颜色显示出来，并弹出一个提示信息“此长圆孔无合适的刀具进行配刀！！”，用户根据实际情况进行相应的处理。(4)特殊孔当从选择集中获取的图素类型为块时，首先获取块的长、宽、面积、角度和块中心的坐标值(X，Y，Z)，再根据块的面积、长、宽、角度值与刀具库中所有刀具面积、长、宽、角度值进行比较，找出一把名称为特殊且面积、长、宽、角度值都相等的刀具来，该刀具在块中心处(即块的插入点)进行单点冲，即在CAM层上向CAD内绘制刀具图形，并向该刀具图形添加属性(刀号，标记、层、刀具的插入点等)；若所有刀具的参数条件都不满足，则把该图素用一种醒目的颜色显示出来，并弹出一个提示信息“此块无合适的刀具进行配刀！！”，用户根据实际情况进行相应的处理。利用循环原理，把选择集中的图素全部处理后，在CAM层上就自动把合适的刀具加上了，自动排刀的框图见图4。

优化的算法：图5示出优化的算法，汽车纵梁数控冲孔生产线采用直列式模具库，它的换模速度比较快，一般采用路径优化然后再进行模具优化的原则。它采用了夹钳硬件自动避让的方式，软件中不考虑夹钳死区的避让问题。该优化方法采用分组方式，每两米为一组，每组内先按模具优化，相同模具按冲点的X值+所用模具的偏移值的距离进行优化，相同模具并且X值+所用模具的偏移值也相同的冲点按Y值+所用模具的偏移值的距离进行比较，再按所有优化路径进行比较，选出一个最佳路径生成NC代码，汽车底盘纵梁的特点是：它的x方向很长一般在5到12米，y方向宽度小于600mm，板材厚6-10mm，孔数多，孔径种类多，要求冲压速度快，精度高。用通常的优化方法可能造成空行程的时间较长，换模次数多，达不到优化的目的；根据具体情况具体分析的原则，下面分别叙述几种典型结构的优化方：(1).平板开式结构转塔式模具库的优化平板开式结构模具结构为转塔式模具库形式，我国第一台自行研制的汽车纵梁冲孔生产线，安装在合肥江淮汽车厂，2000年研制投产，这是当时数控冲床普遍采用的较成熟的模具结构形式，维护简便，装拆方便。缺点是换模速度比较慢。该优化方法采用分组方式，每个夹钳死区为一组，夹钳死区外以每两米为一组，每组内先按模具优化，相同模具按距离最近优化，所有优化路径进行比较，选出一个最佳路径生成NC代码。首先建立模具库，并提取模具信息如：圆刀的直径，其他模具的长、宽、面积、角度，模具名称等，设置正公差和负公差的范围，以便进行匹配模具。第二步从AUTICAD中提取图形信息放入选择集中，并自动加模具。第三步进行优化，先按模具优化然后相同模具按距离优化。(2).平板开式结构x方向直列式模具库的优化直列式模具库的换模速度比较快，一般采用路径优化然后再进行模具优化的原则。它采用了夹钳硬件自动避让的方式，软件中不考虑夹钳死区的避让问题。该优化方法采用分组方式，每两米为一组，每组内先按模具优化，相同模具按冲点的X值+所用模具的偏移值的距离进行优化，相同模具并且X值+所用模具的偏移值也相同的冲点按Y值+所用模具的偏移值的距离进行比较，再按所有优化路径进行比较，选出一个最佳路径生成NC代码。(3).平板闭式结构y方向直列式模具库的优化该种结构有前后两个夹钳，分别夹持在板材长度X方向的两端宽度Y方向的中间位置，开始进料时，只有后面一个夹住板材向前推动板材；当板材越过床身时，前面一个夹钳也夹持板材，这种状态下，两个夹钳都夹持板材同步送进和回退；当到达板材的末端时，后面的夹钳松开，只有前面一个夹住板材向前拉动。该优化方法采用分段方式，中间段内分组的优化方式，首先按长度分为三段，第一段取0＜＝X＜＝560，第二段取560＜x＜板材长度-600，第三段x＞＝板材长度-600，第一段由于只有后一个夹钳夹住板材，优化采用过滤式，即按冲点的X值+所用模具的X方向偏移值进行优化，不管模具是否相同；若冲点的X值+所用模具的X方向偏移值相同时，再按Y值+所用模具的Y方向偏移值距离上一冲点的远近来决定冲压的先后次序。这样优化的目的是保证冲孔的精度，减少由于板材的来回运动造成的误差。第二段前后两个夹钳都夹住板材，优化采用分段优化，每一米为一组，组内先按模具优化，模具由小到大排列，目的是可以比较均匀的分配压力，提高冲压速度；然后相同模具按距离优化。第一组以第一段的最后一个冲点为基准，求出本组内的第一把模具距离第一段的最后一个冲点最近的点，按距离优化，可求出其他点。每当换模具时，都以上一把模具的最后一个冲点为基准，按最近距离求出其他点，依次类推，可以优化第二段的所有冲点。第三段由于只有前一个夹钳夹住板材，优化采用过滤式，其他同第一段。平板闭式结构y方向直列式模具库的优化的程序框图见图5。(4).U型纵梁腹面数控冲孔线x方向直列式模具库的优化；该结构和夹钳与平板闭式结构y方向直列式模具库基本相同，由于它有两种检测方式即以U型纵梁的前面为基准称为前检测，以U型纵梁的后面为基准称为后检测，其坐标系有两个分别是X-Y1和X-Y2，冲点的坐标值取决于坐标系，前后排模具可以互换，采用过滤式优化。(5).数控三面冲孔生产线x方向直列式模具库的优化该结构和夹钳与U型纵梁腹面数控冲孔线模具库基本相同，由于它腹面有两种检测方式前检测和后检测，另外它还有两台附机分别用于冲前翼面和后翼面的孔，其坐标系有四个，分别是X-Y1、X-Y2、X-Z1、X-Z2，冲点的坐标值取决于坐标系，腹面前后排模具可以互换、夹钳的送进方式有两种即一拉一送和只送最后一段拉出板材。，采用过滤式优化。

第四部分以U形梁的三面冲四主机为例说明本发明的数据流程。U形梁三面冲四主机的数据流程如图17所示，首先绘制或打开一张汽车U形梁的左主梁展开图；把该展开图的腹面左下角移动到到0，0点，删除重复元素，根据汽车纵梁数控冲孔生产线的工艺要求，两圆心之间的距离＜0.1mm，系统认为是重复元素，其距离在0.1-8mm之间，系统认为错孔用特殊颜色显示出来，提醒用户有错，应进行处理。保存CAD图形数据库。读取CAD图形数据库的数据，去除尺寸标注、文本、公差标注、直线等与CAM无关的信息，只保留与CAM有关的信息，保存CAD现场数据，包括(捕捉设置，线形，当前层，系统变量)，并新建CAM层，把当前层设置为CAM层；建立模具的CAM模型，设置板材参数，设置公差参数，设置每个模具的上下死区，根据自动配刀算法进行自动适配模具，特殊的进行手动配模具(如无合适模具，佯冲点等)，处理结果生成CAM模型，存入图形数据库中，如果是右梁前后检测向CAM模型添加属性，如果是左梁该步省略，至此CAM模型已经建立，再进行模具和路径优化，对冲点冲压的先后次序排序，以总的冲压路径最短和尽量减少换模次数为目标，进行冲压轨迹模拟演示，根据夹钳交换算法、两台以上主机同时冲孔算法、生成NC程序，恢复CAD现场数据，把当前层设置为CAD开始打开图形的层，把NC程序传输到汽车纵梁数控冲孔生产线的数控系统中去，把需要加工的板材放到上料架上，在汽车纵梁数控冲孔生产线的数控系统中运行程序，主机进行冲孔加工，生产出汽车纵梁产品，加工完成后把加工好的产品放到下料架上。系统自动循环上料、冲孔、下料动作，这样就可以成批加工汽车纵梁，直到上料架上加工的板材为空。

Claims (3)

1.一种用于汽车纵梁冲孔加工的CAD/CAM系统的控制方法，它应用于u形梁三面冲四主机的纵梁冲孔生产线CAM系统，其特征是包括以下步骤：读取CAD文件的步骤；将CAD/CAM系统建立起链接和图标菜单以及接口的步骤；将CAD文件中的数据转化为CAM系统模具模型和尺寸数据的步骤；模具适配以及优化和模拟运行步骤；将数据生成NC数据程序的步骤；将NC数据程序传输给数控冲孔设备的步骤；数控冲孔设备进行加工作业的步骤；所述模具适配以及优化和模拟运行步骤包括：用户选择自动适配模具，则系统进入自动适配模具功能，首先确定每个主机所属模具的加工范围，两个以上主机冲孔的条件，上、下、中间死区的大小，根据孔的形状和直径的大小，与模具的CAM模型加上公差进行比较，满足要求则对该孔加入CAM模型中，不满足则取下一个模具，全部模具取完后都不符合要求则不加模具，对整个汽车纵梁的展开图进行处理，建立了CAM模型并存入CAD图形库中；有些孔没有合适的模具，则选择手动配模具，并把CAM模型存入CAD图形库中；用户选择幅面或三面冲，把后检测的CAM模型添加属性；所述数控冲孔设备进行加工作业的步骤包括：运行加工程序启动上料：将汽车纵梁放置在上料平台，使用进料提取装置依次吸提备用汽车纵梁，吊运到进料端支撑辊轮上；夹钳夹紧汽车纵梁；检测零点；送料到第一个冲孔加工位置；进行冲孔加工或夹钳交换或夹钳避让；冲完后下料；放到下料架上；夹钳复位回到参考点。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是所述读取CAD文件的步骤包括：读入汽车纵梁的展开图，删除重复信息，筛选与冲孔有关的数据并存入数据存储装置，根据冲孔工艺，把基点移动到(0，0)点，保存CAD现场数据，CAD现场数据包括捕捉设置、线形、当前层、系统变量。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是所述将数据生成NC数据程序的步骤包括：根据所用的数控系统和汽车纵梁的类型以及冲孔加工的生产线类型，生成专用的NC代码，恢复CAD现场数据。

Images