計算機的快速普及和推廣帶動了硬盤產業的快速發展，磁盤驅動架作為其關鍵零部件也得到了長足發展。磁盤驅動架的供應商越來越深刻地意識到：傳統的設計、加工和生產方式已經難以滿足其快速發展的需要，只有通過引入新的制造技術和理念才能有新的突破，才能在眾多的生產競爭中取得優勢地位。以某公司為例，其擁有1000多臺加工中心，具有強大的生產能力，但尚處在手工編程的半自動化階段。手工編程存在兩大主要缺陷：首先，編程的速度相對較慢，效率較低；據統計，一個零件的編程時間與在機床上實際加工時間之比平均約為30:1，而數控機床不能開動的原因中有20%～30%是由于加工程序編制困難，編程所用時間較長，造成機床停機。其次，編程的質量難以保證，人為的失誤難以避免。另外，該公司在樣品的試制和程序調試過程中，尚停留在“事后處理”的階段，即試加工，加工完后發現問題，修改程序再試加工，直至最終程序達到加工的要求。一旦程序出現錯誤，將會引起很多的事故，比如撞刀、過切等，這就導致了大量人力、財力、物力的損失。

1 磁盤驅動架加工流程分析

    將虛擬加工技術應用于磁盤驅動架的設計、試制與制造很有必要。虛擬加工是針對不同的加工要求，根據實際加工情況建立數學模型，采用適當的仿真方法模擬實際加工的過程。采用計算機支持的自動NC編程技術及計算機仿真技術對避免磁盤驅動架生產過程中發生上述問題具有重要意義，同時對公司的發展也是至關重要的。

    1.1 CAM選型

    通過綜合比較，選用EdgeCAM作為磁盤驅動架虛擬加工的平臺。EdgeCAM是自動化數控編程軟件，它提供多個軟件接口，可以與世界上絕大多數三維CAD軟件集成，如：SolidWorks、Pro/Engineer、NX、CATIA等，可以直接讀取三維零件文件。EdgeCAM可以完成零件的設計和加工編程工作，具有如下功能：建立一個設計模型，或讀取其它第三方軟件提供的零件模型；選擇生產該零件的數控設備；仿真整個加工過程；為選定的機床生成加工零件用的CNC代碼；計算機與機床之間的通訊；管理刀具數據庫等。

    1.2 磁盤驅動架的加工流程

    在加工過程中采用EdgeCAM11.0的特征加工的方法，先采用自定義特征的方法，然后對特征采用相應的加工策略，這種方法可以使得幾何參數和加工軌跡實現聯動。

    不同類型磁盤驅動架的功能結構相同。按加工工藝主要包括基準面、頭孔、定位孔、三角孔、尾孔、指尖、指根、翼尾等。除了幾何相似之外，主要差別在于指根數量和翼尾形狀，所以加工過程基本相同。

    對于磁盤驅動架虛擬加工可以用EdgeCAM的以下5種加工策略來實現：輪廓加工（Profiling Operation）、孔加工(Hole Operation)、倒角(Champer Operation)、直接進給運動(快速進給、直線進給)、鍵槽銑。

    其中，加工基準面是為了去除上表面余量，為后續加工定下基準；加工指尖包括兩步，第一步是進行指尖開粗，為鉆孔排屑提供保證；第二步是在孔加工后回刀去除毛刺；加工翼尾是為了切出翼尾形狀；加工輪廓是為了保證輪廓精度；加工指根放在輪廓加工之后是為了保證輪廓加工的精度，該工序也是為鉆其上的孔排屑提供保證；利用孔加工策略，可以同時加工多個相似的孔，節省加工時間；之后就可以把零件從毛坯上切割下來，加工下一個零件。

2 磁盤驅動架虛擬加工研究

    在對傳統虛擬加工技術改進的基礎上。本文作者將接收到客戶需求直至批量生產之前，企業的所有計算機仿真支持的生產制造流程統稱為虛擬加工，其實現的關鍵技術主要包括刀具庫建立、工藝編程、加工仿真、生成NC代碼。

    在數字化建模中，根據企業需求采用Solidworks作為其CAD平臺，完成零件、毛坯、夾具、機床的三維建模，該部分不作為本文的論述內容。

    2.1 刀具庫的建立

    由于目前EdgeCAM版本中還不支持從其它CAD軟件中直接導入完全真實的刀具模型，所以只能在EdgeCAM中按照其提供的建刀方式來建立刀具模型。刀具模型的建立主要有兩種方式：自定義刀具形狀和設置或修改刀具的關鍵參數。其中，后者比較簡單，可以利用給出的所有關鍵參數，再通過定義不同刀具類型的一些特定調整參數即可快速建立刀具，所以不再加以說明。下面以一個復雜的自定義銑刀（鑼片刀）的建立過程對自定義刀具加以說明。

    鑼片刀是一個由多個片刀組合而成的復雜組合刀具，主要用來進行銑切加工，指根、指尖、翼尾等就是由不同組合的鑼片刀銑切加工的。其定義過程如下。

    (1)在EdgeCAM的Tool Store中新建刀具，設定刀具類型為銑刀，定義刀具名稱80X4_SEQ（刀具直徑X組合刀片數_產品名稱）。

    (2)根據刀具設計要求設定刀刃直徑80mm，刀刃厚度5mm，刀刃齒數40，刀柄長度20mm，刀柄直徑32mm。

    (3)進入刀具自定義圖形中，按照刀具幾何尺寸繪制圖形，并指定刀刃、刀柄和刀套的繪制基準(CPL)。刀刃CPL是刀具的基準，也是編程時的控制點，從這點開始定義刀刃的長度；刀柄CPL是刀柄圖形定義的起始點，該點和刀刃CPL間的距離即為刀刃的長度：刀套CPL是刀套圖形定義的起始點，該點和刀柄CPL間的距離即為刀柄的長度。

    (4)依次定義完刀刃、刀柄和刀套圖形后，選擇“保存刀具圖形”命令保存刀具圖形。轉到刀具庫，自動生成刀具。重復以上步驟可以定制出所有需要的刀具。

  2.2 工藝編程

    為了最大限度地提高加工工藝編程的效率，采用EdgeCAM中特征關聯的策略進行加工編程，從而保證當產品進行局部或細小改動時，直接映射到加工模型上，只需在設定的加工工藝上重新執行加工仿真即可。

    基本步驟包括：通過自動識別或人為的特征識別，確定需要加工的特征；根據加工特征和工藝要求，選擇相應的加工策略如輪廓銑、孔加工等；選擇相應的加工刀具，并設定加工的切削參數。

    2.3 加工仿真

    加工仿真和后處理是整個虛擬加工的核心，它的質量直接決定了生產加工的質量。在進行幾何仿真之前，首先將機床模型、夾具模型以及毛坯模型進行加載和定義，以便于仿真真實的加工過程，及時發現加工過程中存在的過切、碰撞以及余量等問題；在仿真加工確認無誤之后，就需要進行相應的后處理，即根據機床類型和生產加工參數，進行后處理加工模板的定制。EdgeCAM提供簡潔高效的定制方式，從而最大限度地定制出符合實際生產要求的機床后處理，為最終生成可以直接在該機床上執行的NC代碼作好準備。

    在所有單步工序仿真完成之后需對工序進行復制及工序合并才能完整地進行整個零件的加工仿真。

    2.4 NC代碼

    在加工仿真確認無誤后可以直接生成NC代碼，在此過程可以合并和優化加工工序，最后根據機床的實際情況進行NC代碼的生成，某一鉆孔工序的NC代碼如下：

3 結論

    實踐證實，在EdgeCAM平臺上將虛擬加工技術引入磁盤驅動架加工企業，為企業的設計生產加工一體化水平的提高奠定了良好的基礎，從而為企業在生產實踐中不斷引入先進制造技術提供了良好的契機。在本次虛擬加工實施過程中，由于企業數控機床現場控制功能沒有完善，使得NC代碼的調試和傳輸效率較低，作者在企業實施的下一步將會實現所有數控機床的聯網和控制，從而進一步提升虛擬加工的效率。