天津汽车模具股份有限公司(以下简称“天汽模”)是以设计、制造汽车覆盖件模具、检具、夹具为主的专业化公司，天汽模的核心技术完全是自主研发的，技术创新不断取得重大突破，目前具有超过2500标准套/年的设计制造能力，每年可完成5个以上车型主要覆盖件模具、检具、夹具的设计制造。

正是在天汽模这样实力雄厚的公司里，正是在天汽模注重技术的氛围里，杨树军迅速从一名普通的技术人员成长为天汽模东丽分公司总经理助理。杨树军自2000 年从西安理工大学毕业来到天汽模，从最初的编程科到后来的技术部，再重新回到编程科，十年来从未脱离制造现场。在杨树军看来，生产现场是一个知识的大熔炉，只要有心，可以从中吸取到无数从书本里无法学到的东西。

回顾自己的成长经历，杨树军感慨地说：“在生产制造领域，一个人如果要成功最主要的是要一专多能，技能专才会有专研的目标和方向，知识面广才会有灵感。在工作中可能由于时间紧张，很多人没有机会和时间专门去学习，其实我认为工作的过程也是一种学习。工作中发现问题，应该及时去查询，去想办法解决，这个过程学到的东西不仅实用，而且也会让你终生不忘。我将这种方法总结为：用脑子工作，工作过程中不是机械地去完成自己的工作任务，而是时刻动脑子去思索。”

杨树军认为，模具制造属于知识密集型行业，无论从工艺、设计还是机加工抑或是模具调试，处处都体现出知识、经验、技能的重要性，而在NC编程、机加工这一工序，现在技术的发展已完全不像几年前只要理论数据正确，模具加工质量完全依靠数控操作人员控制的局面，现在的模具制造不仅要求编程内容的扩展——从型面编程拓展到构造面编程，而且还要求编程方式、编程设定的刀具参数(刀具选择、刀具长短、转速、进给等)保证实际加工过程的合理以及加工后模具的表面质量和精度要求，其中加工过程要保证程序在无人值守的情况下不发生撞机床、刀具干涉、加工过切等情况，这就对编程、机械车间刀具管理、机床管理等提出了很高的要求。

数字化制造成为工艺开发的助力

“我们都知道模具生产单从制造工序来讲，与传统的机械制造有很大不同，它属于单件生产，而且涉及多种制造工艺，其中数控编程和数控加工又处于一个很重要的位置。”杨树军介绍说，天汽模拥有先进的CAE/CAD/CAM技术，从20世纪90年代初期的UG8.0一直到现在的NX5.0，天汽模在数字化制造方面积累了丰富的经验，这也为杨树军的成长提供了先天的优越条件。

天汽模拥有一支精干的数控编程队伍，从加工工艺到UG软件客户化的二次开发等方面都有着丰富的经验，针对常用工艺制定了详尽的加工规范，而对一些特殊的工件，会组织经验丰富的老工艺师和编程人员共同研讨，制定工艺并形成规范，所以天汽模的新员工到公司后能够很快地成长起来，少走很多弯路。杨树军介绍说，UG(NX)有非常开放的二次开发接口，针对天汽模的制造特点和需求，从90年代引进UG软件之初，编程人员便对UG进行了大量的二次开发，不仅丰富了UG的功能，同时大大提高了编程效率和机加工效率。“现在，我们的二次开发人员在模具结构面加工的刀轨开发、结构面自动编程等方面开发了多个模块，而且为减少编程人员的失误，进一步降低编程人员的工作强度，我们正在开发一套利用工艺专家库自动编程的系统，其中涉及工艺库、编程刀具库、程序自动识别、编程刀具自动选择、干涉检查、程序校对等多个方面，如果成功，将会对数控编程模式有一个很大的改变。”

“另外，我们根据各种CAM软件的特长，也在积极引进其他编程软件，例如对PowerMill的开发使用上，我们开发了一套自动清根系统，编程人员只需要设定几个参数，所需要的各种直径的刀具的清根程序会自动生成，同时后一把刀具会根据前一把刀具切削后的模具毛坯状态自动分层加工，不仅提高了加工效率，而且解决了清根断刀的问题。”杨树军补充介绍说，以前模具加工，编程人员仅仅提供型面程序，对于结构面一般由数控操作者按图加工，而现在，模具数控加工已全面走向了程序化甚至是无人值守化，这就要求程序刀轨不仅安全，而且适合所选用的刀具、机床，同时还要考虑刀具磨损、毛坯状态、吃刀情况等多种因素。有些模具制造企业在推行结构面程序化时往往出现数控操作者不愿意使用程序加工的情况，原因无非几个方面：程序设定参数不合理、刀轨走向不合理造成毁刀、程序造成加工效率慢等。这也从另一方面说明了合理的刀轨和程序参数是加工程序化的保证。

无人值守加工优化刀具管理

天汽模东丽分公司拥有大隈、东芝等高速数控加工中心20多台，每台设备都配备了完备的刀具库，刀库容量达到五六十把，基本能满足模具加工过程中任一工序的要求，刀具种类不仅覆盖了球头铣刀、面铣刀、高速插铣刀、镗刀、高速钻等常用刀具，还包括多种专用刀具。如何充分利用刀具的实用价值，如何提高加工效率，成为天汽模的工艺人员必须考虑的问题。为此，天汽模从2001年便开始研究模具数控加工的无人值守问题。“模具的无人值守加工不仅体现了一个企业的机加工水平、刀具管理水平、数控编程水平，而且切切实实能够提高加工效率，减少人为失误，降低操作者劳动强度，同时能够减少操作人员人数。”杨树军介绍说，“无人值守加工看似简单，然而其涉及到从铸件毛坯数据采集到数控编程再到数控加工各个环节，中间任何环节出现一点差错，势必会造成严重后果。”

杨树军介绍说，在模具毛坯状态监控上，任何一个工件进厂后在正式进入加工流程前，都要依据规定首先加工出照相基准，照相人员对毛坯加工部位余量以及加工部位周围结构进行数据采集，并反馈到编程人员，编程人员根据这些数据设定加工参数和控制刀轨，既避免空走刀同时又防止刀具与工件碰撞。

为保证程序刀具信息与机加工车间刀具一致，编程刀库完整再现了车间的刀具库，从刀具结构到加工参数都完整设在了编程刀具库里，编程人员在选定刀具后，相应的加工参数便自动设置到了程序中，使得编程人员无需记忆各种刀具的加工参数，同时为保证信息的传递，制定了完善的刀具命名规范，根据刀具名称，编程者和车间操作人员都能做出正确的选择。另外为防止刀具夹头和机床主轴与工件碰撞，编程刀库里还包含了夹头信息和各种机床主轴信息，最后编程人员编完程序后，还要根据毛坯数据、刀具数据、所选机床等信息在模拟加工软件中试切，进一步保证了程序的安全。

“天汽模在3D型面、2D构造面全程自动化加工方面日趋成熟，”杨树军介绍说，“现在，在数控车间和编程科两部门共同钻研下，实现了3+2轴机床自动换头、自动换刀、自动换角度等自动化加工，使得天汽模的数控加工技术又向前迈进了一步。”

期待国产刀具支撑起制造业

“目前天汽模使用的刀具大部分是日本、德国的进口刀具，国产刀具仅占了很小一部分，而且也只是应用在非关键的地方，大量采用进口刀具造成了刀具成本比重过大。”在谈到刀具成本时杨树军说，“我们曾经对一些国产刀具进行过考察和试用，但在刀具尺寸精度、耐磨性、加工后工件精度等方面与进口刀具还是有一定差距，综合性价比与进口刀具相比没有太大优势。”

在杨树军看来，当前，国内数控刀具企业生产经营规模小，尤其是工具系统的生产厂家不生产刀片，刀片生产厂家不生产工具，没有形成自身的切削刀具产业链的紧密联合。在技术发展上，我国大部分刀具企业走的是“先仿制、后创新”的产品研发思路，但随着国外刀具企业对知识产权保护的重视，势必会影响国内企业的“仿制之路”，另外如果一些企业始终处于这种无休止的仿制，在技术和人才的发展上必然没有大的出路。“现在国内刀具企业的发展必须走创新之路，比如在新材料、新涂层等方面要拥有自己的核心技术和知识产权，在这个过程中，模仿与创新相结合可以是一种手段，但这种结合应当建立一定技术基础之上，否则也只能走回那条简单的仿制之路，而在核心技术上没有进展。”

第一线

在模具制造中，几乎模具的每一工序都有轮廓的加工，像拉伸模的分模线、修边模的刃口、翻边模的翻边线等，这些地方都会采用不同直径的立铣刀从大直径到小直径逐个换刀进行加工，按照传统的加工方法，所有直径的刀具都会把要加工的轮廓从头到尾走一遍，这样就会存在一个重复加工的问题，比如D30刀具能够加工到位的地方，D20、D16等刀具都要重复加工一遍，既浪费了时间，又加剧了刀具磨损。另外，轮廓中“U”形部位是最难加工的，因为会出现大直径刀具由于直径大于“U”形槽宽度造成大残留量，而小直径刀具在加工时又会直接加工到“U”槽里面，这样往往会由于切削量大造成小直径刀具折断，有经验的操作人员会通过降低进给尽量避免这种情况，但也无法完全避免，同时也增加了操作者劳动强度，使得轮廓不能实现无人值守加工。

对于上述问题，通过数控和编程部门的共同研究，并通过对UG进行二次开发，解决了这些难题。

对于重复加工的问题，杨树军引入了轮廓清角方式，即小直径的刀具只加工比它直径大一级刀具加工不到位的地方，这样大大提高了加工效率。

而对“U”形槽问题，杨树军采用了轮廓的摆线加工这一方式。在加工中既可以全程采用摆线加工，也可以和轮廓清角相结合，从而可以实现以下功能：

(1)根据上一把刀具的残余量，只对残余量大的部位采用摆线加工，而其他部位仍采用传统的轮廓加工方式。

(2)根据本身刀轨的残余量，只在切削量大的部位采用摆线加工，类似于U型槽形状的部位。

(3)根据需要，只在轮廓的凹角部位生成摆线刀轨，而其他地方不生成刀轨。

(4)在加工轮廓时，根据残留量自动调整摆线圆环的大小。

在实际生产中，采用摆线加工虽然走刀长度增加了，但刀具切削量小，通过增加刀具进给并不会降低加工效率，却很好地保护了刀具。