国产工业软件算法专家系列之何援军（上海交大教授）

随着制造设备实现数控化的比率不断提高，数控加工技术已在我国得到日益广泛的应用，并且在各行业中发挥了重要的作用。比如在模具行业中，掌握数控技术与否及加工过程中数控化率的高低，已成为企业是否具有竞争力的重要标准。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。影响数控加工效率及质量的一个关键技术就是如何进行数控加工程序的编制。传统的手工编程方法复杂、繁琐，不仅容易出错，而且难于检查，无法充分发挥数控机床的加工优势。如在模具加工中，经常遇到形状复杂的零件，其形状用自由曲面来描述而无精确的解析表达式，采用手工编程方法基本上无法完成数控加工程序的编制。近年来，由于计算机软件和硬件技术的迅速发展，计算机的图形处理功能有了很大增强，基于CAD/CAM技术进行图形交互式自动编程方法日趋成熟。这种编程方法具有速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查的特点。CAD/CAM技术在工业发达国家已得到广泛应用，近年来在我国也逐渐得到普及。说起北京精雕，行业内的朋友们应该都听过，在国内机床行业中算是技术过硬的一家。他们的μ级加工水准、镜面加工效果都值得称赞。1.精雕CAM历史：依托北京精雕在制造业领域多年的积累，公司在数字化工程服务领域，推出了以SurfMill软件为核心产品的CAM软件平台，为客户提供五轴工艺开发、管控方案设计等一体化的专业解决方案。软件深度融合生产过程，被广泛应用在精密加工、精密模具加工、精密磨削加工、金属零件批量加工等领域，用户数量已超过 12 万。JDSoft SurfMill作为北京精雕集团的核心软件产品，是一款基于虚拟加工技术的通用CAD/CAM软件。可为精密模具、精密电极、光学模具、精密零件等一些高要求的行业，量身定制完整的CAD/CAM解决方案。软件集造型与加工为一体，具有完善的曲面设计功能和丰富的2.5轴、3轴、5轴加工策略。软件自带的后置处理器能够广泛的应用于非精雕设备。提供的虚拟加工技术，以工艺为核心进行可制造性分析，结合精雕在机测量技术，实现全过程数字化生产，帮助用户达到提质增效的目标。（1）专业的五轴编程体验SurfMill提供多种五轴编程策略和高效的工艺方案验证手段，通过更贴合实际生产过程的编程流程，降低五轴编程使用难度，提升五轴设备使用效率。（2）DT编程技术——构建数字化生产平台SurfMill 集成DT编程技术，将制造资源和工艺参数数字化，搭建虚拟制造平台，用户基于该平台可完成生产资源规划、五轴工艺开发等工作。（3）过程管控技术——实现全过程精准管控SurfMill过程管控技术以参数化、图形化的方式，在软件端将管控程序与加工程序相融合，实现数控设备一键启动，减少加工过程人工干预。（4）典型应用案例A.五轴联动涡轮增压叶轮加工叶轮广泛应用于能源动力、航空航天、石油化工冶金等行业，是涡轮增压器的核心部件。由于其形状复杂、加工要求高、专业性强等特点，对CAM软件五轴路径和工艺方案质量要求较高。叶轮专业模块让编程简便快捷SurfMill的叶轮专业编程模块，提供了丰富的叶轮加工策略，参数设置少、编程难度低，方便用户编制高效的叶轮加工路径。本案例中的叶轮属于直纹面叶轮，因此采用侧铣法进行加工。刀轴光顺技术提升表面加工质量多轴路径表面质量与刀轴的光顺程度息息相关，路径反向点可能导致加工表面效果差。 SurfMill刀轴光顺技术在保证叶轮路径光滑的同时，对刀轴进行了光滑处理，保证叶轮表面加工效果。B.呼吸面罩热流道凸模加工精密配模件对产品加工表面精度有着非常高的要求，若结构中存在深型腔/高凸部位，传统三轴CNC无法加工到位，进而需要放电以及频繁补焊来辅助，整个加工过程不连续，效率低下。虚拟制造环境中规划加工轨迹更安全通过在软件中搭建虚拟制造环境，可进行工艺方案设计与优化，完成刀具、刀柄的选择与加工轨迹规划，并对加工过程进行模拟，规避加工中的碰撞、过切等风险，确保加工路径的安全性。提供精准管控余量技术方案，控制清根接刀痕在软件端进行在机测量程序规划，加工过程中可以实时测量清角局部余量的分布情况，再根据实际余量来设定清角加工路径参数，免去了根据经验反复调试清角路径余量的繁琐过程。数字化管控技术，提升模具加工一次成功率SurfMill软件支持数字化管控程序的编写，如五轴自动分中程序、余量分布检测程序、智能防呆程序等。这些管控程序保证了加工的可靠性和管控手段能够有效执行，提升了模具零件加工的一次成功率。C.节气门压铸件加工铸件加工批量大，对生产效率的要求较高。而由于毛坯偏位过大造成的加工偏位、三轴多夹位加工周期长、检验步骤多影响生产连续性等问题，一直是压铸件加工行业的痛点。自动找正，为加工提质增效应用SurfMill的自动找正功能，通过检测识别与自动找正算法，大幅降低了毛坯装卡及找正的作业时间，装卡效率提高50~85%，同时避免了因为毛坯偏位所带来的加工质量问题。五轴快速编程，实现多工序整合SurfMill软件提供的五轴编程技术，通过合并工序，一次装夹完成多面加工，不仅减少了工装夹具的使用，还避免了工件反复拆装的繁琐。同时配合DT编程技术，可实现安全、连续的五轴加工。在机测量助力数字化连续生产SurfMill在机测量技术使高品质连续生产成为可能，节约了原始工艺拆装检测的时间，提高产品合格率的同时提升了产品生产效率。配合过程管控技术，在软件端将管控程序与加工程序相融合，实现数控设备一键启动，减少加工过程人工干预。C.医疗器械部件：接骨板加工医疗器械零件大多使用难切削材料，而且特征复杂、细节多，对加工质量和制造周期要求高。因此如何快速制定出合理的工艺方案对CAM软件提出了更高的挑战。虚拟制造环境中优化工艺方案通过SurfMill软件的虚拟制造环境，直观、高效地优化工艺方案，让复杂零件加工变得更简单。本例中，利用软件仿真模拟，优化了工件装卡方案，将工件偏心安装即可缩短加工正面时的刀长，在提升系统刚性和产品品质的同时，提高了加工效率。降低编程难度，提升编程效率接骨板零件加工特征较多，工艺方案中采用多轴定位方式进行加工。应用SurfMill提供的快速编程方法，助力客户高效编程，降低编程难度，提高编程效率。编写管控程序为产品质量保驾护航软件端规划过程管控方案，让这些智能管控手段按序执行，有效保证了零件加工质量的稳定性。2.个人说说精雕CAM10多年前，确实那时候国际上真正做好cam的不多。主要是加工这块的用户群没有决策权。开发第一吗！现在不同。东西玩不出来，开发就是一个屁。（1） 精雕细琢，也就是工法丰富专业，可实现力强。尤其针对细小刀具和精微加工有独到之处。作为我们加工工艺编程人员，很难在精度和粗糙度之间求得一个最佳平衡，还要承受工期时间限制。所以一款适合充分利用国内机床现状，贴个国内操作习惯和工艺特性的软件，非常必要。（2）精雕从硬件入手，算法的优化，只要有个标准，或许这个标准能够把算法的出错率降低到最低或者可接受的地步。为什么，精雕CAM软件能够做到，是不是硬件起了作用。这是不是存在平台移植问题。机床主轴是系列化的精雕自产电主轴，数控系统精雕自产，cam软件surfmill也是自产，现在已经出到9.5，12月份要发布10.0，用过的可以和ug，proe之类的对比对比。感觉surfmill在编程上更好，操作没有ug那么繁琐，你所想要的轮毂，叶轮，电极，五轴，探测，摆正，联动等等都可以便捷实现。因为这么多年，大家对国产机床寄予厚望，但是有些大的机床品牌让大家很失望。北京精雕虽然做的很好，走在了前列，但作为国产品牌，他需要承担以前大家对国产机床的负面看法，这就是责任吧。扛起大旗，就代表了责任，所以精雕不止代表自己，还要代表国产机床行业的水平，这是我的理解（3）精雕的系统开发国内很高的，专业极强。所用人才国内最高，产品线很规范。cam还有一个弊端，大量投入，非常耗费精力。cam不能完成部分加工需求，这个软件极可能半道夭折。思美创在前，pm在后。没有外挂，pm也会渐渐推出国内市场。不是危言耸听。这也是国内很多厂家不愿意去做的原因。cam的路很小，但是却很长。cad只要基本功能具备。用还是可以的。加工一旦出现最后不能实现某个点。前功尽废。这就是cam软件的开发通病。投入极其大，收入却很少。这也是国外大量专利交叉的主要出发点。国内不具备该条件。精雕野心很大。一直都是紧抓高速机。换句话说，精雕在等一个时机。不抓龙门，不抓卧加，就抓立加和桥式。ac和bc摇篮和动力头。（4） 国内软件和硬件之间的技术沟通不够紧密，精雕是个例外！精雕的系统生产对标西门子的生产架构。人才队伍建设有序渐进。国内软件的缺陷就在于，国外是和硬件同步发展的。国内是先有硬件，再补上。缺少硬件测试数据的平台化问题。精雕这块软硬结合做的很好！人精雕真的是很低调很扎实很勤奋的那种。人家是先实用理论，然后完善理论，在指导实际。硬件除了材料，几乎涉及到的都在搞。不是捧着一堆理论就行的。而且软件开发顶多是一种再开发和包装。路子走错，视野不明。又比如北京精雕虚拟加工技术，大家可以在计算机上做五轴工艺开发。大家可在软件中搭建好的虚拟制造平台上，开发五轴加工工艺，随后进行风险预判与工艺优化。通过与实际生产一模一样的模拟加工，确保输出的加工路径安全可靠，提升五轴加工的“一次成功率”。（5）鸡蛋上刻画：在线测量补偿技术。在鸡蛋上雕刻出栩栩如生的造型而不破，加工精度相当于头发丝的十分之一。这个技术据说只有一家中国的独角兽企业（北京精雕）能做到。不过里面的技术的确也不少，包络面，高斯平滑或者样条光滑选哪个，曲线和曲面的插值点检索方法，误差分解和补偿等等...般的博士也不一定搞得定。精雕自主研发的“在线测量补偿技术”，主要通过探针测量加工件，捕捉定位误差和轮廓误差信息，利用补偿技术对加工路径进行自动调整，最后由精雕机进行高速加工。看过上海的一个手工雕刻大师视频教学，也是在鸡蛋上作画蛋不破。大师说：手握刀的力度和雕刻节奏很重要，尤其是握刀角度。最后说的是鸡蛋是煮熟的，重点是蛋壳不破碎。下刀刻蛋壳的深度是蛋壳1/2。(6)北京精雕CAM软件SurfMill9.5获德国PTB权威认证Physikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）即德国国家计量学院，是德国的计量学和物理安全工程的技术权威组织。这个学院由德国联邦经济部资助，它符合ENISO/IEC 17025国际标准所规定的对校准和测试实验室的要求。PTB认证是全球公认的作为软件的精确性、兼容性和可靠性的一流指标。（7）在机检测JDSoft SurfMill在机检测模块，自动生成NC代码。工件在多轴机床的加工中，一般因为其尺寸较大，造型复杂等特点导致装夹较难，同时受毛坯、成型工艺等因素的影响，传统的人工拉表找正工作耗时耗力且效率低下，在实际加工中往往存在形状和位置偏差，对于需要多面加工的工件，异面加工特征位置关系很难保证，最终造成加工精度不高、效果差、废品率高等问题。精雕在机测量技术将三坐标的常用功能算法集成到 CAM 软件中，为用户提供了常用的三坐标测量功能，可实现工件特征的在机测量，其中包括：工件位置偏差；元素测量；构造；评价；结果表达等模块。在实际生产中，受毛坯、成型工艺和装夹等因素的影响，工件在实际加工中往往存在形状和位置偏差，造成加工效果不佳。如手机壳倒角加工宽度和蛋雕表面加工深浅不一致问题，影响产品质量的同时造成生产不连续，进而严重制约了生产效率。为了解决上述难题，精雕在机测量技术将加工中的测量补偿方案集成到 CAM 软件中，为用户提供了测量补偿加工功能，主要功能包括：中心角度找正；曲线补偿加工等。精雕在机测量技术，通过在机检测关键工步模具分型面的余量，获取量化数据。工艺人员可依据检测数据，及时优化工艺方案，保证模具精度，做到下机的模具“只配不修”(8)JDSoft SurfMill个人版完全免费（9）和高校合作;培养高端制造人才精雕投入2000万元五轴机床，并入驻企业教师团队，在教学、科研、培训等方面进行全方位合作；学校投入3000平米实训场地和教学团队，并根据企业的需求制定人才培养方案，培养真正企业需要的精密加工人才。公共实训基地将不仅对本校学生，而且对社会开放培训，此外，还将筹建刀具博物馆，让学生实地感受当下最先进的高精密加工技术的发展。好不好，学生说了算。如果市场占有率提不上来，每年削减30%。三年不提升，直接去掉门票。打一棒给颗糖。给脸不要脸！这样子，圈子里的门面，自己别瞎扯淡！也好管理。省的开发团队不上心。有钱了，还不办事，直接嗝屁。精雕投入钱，人才和硬件，深入校企合作，精神难能可贵，为社会上培养急需人才。很多时候，做企业的有一批粉丝，腾飞是迟早的事。3.个人一些见解国外的机床，就在于调制解调器的完整性。生态结构的完整，造就了这个硬件的完整。国内就缺这个（精雕除外）。生态不完整，再好的想法，没人理解，等于报废。这就是解调器的问题根本。华为的5g让人感到，原有的秩序打乱了。所以心疼了。所以发火了。可是我们过得不自在。所以要突破。有错吗。而且，你的知识体系，我不理解。再好，可是我的硬件不兼容啊。你叫我怎么办。学生天赋太高，老师才说了一句，后面就不敢废话了。一次两次还行。次数多了，很挑战胸怀的。这才是中美贸易战的核心原因。最终，中美要重新架构标准。老美肯定不同意。因为当初制定标准的人，都老了，要么没了。计算机应用技术，事最容易断代的技术。国内资本为什么不下场。就在这个原因上。没标准，那就是混战。软件是个放大器。生态不好，很难控制。说到底，电脑相关，必须垄断。其实大家很多时候，都是几个cam软件一起用的。所以很多体会不是很专业，但是很准确。只能说，国内的制造业相对国外来说，结构更紧密，从业人员的眼光更高。谁让我们工资这么低，活缺非常好。国内多几家软件公司是好事！大家面子摊开了，好发展。再走国资改革，行不通了。软件这东西，看不见摸不着。好不好，不是某些专家说了算。中国缺钱吗？缺带头糟蹋钱的人，要不我上，要求不高，年薪20万，装个样子。哈哈！！这个人，不能太专业，只要保证大方向和做好后勤就行了。将来4.0也需要一款同步加工软件客户端，一边加工，一边对照。这很正常。而且将来的模拟软件的作用比现在还重要。将会从配套端反向升级为主要模块。这也是从一般加工向特征加工和智能加工的一个必要环节。一步慢步步慢。将来还会有机床系统端和软件刀路同步优化的技术出现。mazak已经布局了。索性直接两步并称一步走。也算优化应用。这个模块，机床厂也会在某个时间段会考虑应用。国产软件还有很多的路要走。核心，求解器，机床配套等，要提升和开发的地方还多。毕竟我们是后发，要抓住机遇和条件。精雕软件，加油吧！来源：山涧果子