GibbsCAM软件编程在车铣复合加工中的应用

　　GibbsCAM是Cimatron公司的一款面向工件加工的CAM软件，为车铣复合领域提供CAM加工方案，它除了车铣复合之外，还支持2轴到5轴的铣削、车削、联动铣削多任务加工和线切割，最大特点是界面简洁，易学易用，操作模式和我们的工艺习惯非常一致。双主轴双刀塔车铣复合加工中心属于高精密数控机床，车铣复合加工中心具有车削、铣削、钻削、镗削、拉削(插槽)等各种功能，有X、Y、Z、C和E轴5个轴，其中E轴也就是主副轴对接时副轴到主轴装夹工件时使用的轴，利用CAM软件可以进行任意多轴联动，实现对各种复杂工件曲面的加工，并利用主、副轴的同步E轴对接切断，做到了工序集中的原则。车铣复合加工中心具有上下2个刀塔，每个刀塔可以装12把刀，总共可装24把。双刀架的结构没置，使得加工效率大大提高，有效地利用CAM软件使2个刀架相互配合，单位时间里同时对2个工件加工，并且对主轴、副轴以及各个轴上的XY、YZ等平面的同步加工，缩短了加工时间。配合机床的各轴联动和E轴对接，只需1道工序便可完成对各种复杂工件的加工成型，做到了1次装夹完成全部加工，工件加工报废率减小了80%以上，并且减少了原始加工中的制作工装夹具的辅助时间，生产效率提高了30%。由于减化了工艺流程，避免了重复装夹的误差，从而提高了产品的质量，在大批量的产品加工中，此类设备的优势在于生产效率和稳定的产品质量，在小批量的产品加工中，体现出设备的灵活性和超高的产品质量。实践发现，在车铣复合加工中，众多车铣功能都需要CAM软件环境作支持，因此对于一台高端的车铣设备来说，CAM软件是必不可少的工具之一。

　　1 GibbsCAM界面功能简述

　　图1是GibbsCAM的界面;1～12标明了GibbsCAM的初级界面，然而在初级界面之下，还有更多的子选项与子功能，因篇幅关系，本文着重介绍以下几条功能：

　　图1 GibbsCAM的界面

　　(1)工艺列表是用来定义刀具路径和产生操作的。1个工艺项目有刀具列表中的单一刀具和加工面板中的1个加工策略2个要素。当这2个要素被拖拽在同1个工艺项目中时，1个工艺动作产生。安全平面值、切削深度、进给率、主轴转速、加工刀具始末路径及其他项目都在工艺对话框中定义。一般需要选择待加工的几何图素或实体曲面等，然后对工艺对话框中的项目进行定义，定义结束后在加工面板下按下进行按钮产生工序操作，也就是刀具路径，当刀具路径生成，1个或多个操作将产生在操作列表下，一旦操作已经产生，工艺项目可以删除，因为结果已经产生并且存储在操作列表中。

　　(2)加工面板 列出了该软件的所有加工策略，比如粗加工、精加工、车铣钻孔、车螺纹、公用操作(主副轴之间的对接同步操作)、曲面加工、螺纹铣削等等。这些加工策略几乎涵盖了机械加工行业的所有加工动作。

　　(3)操作列表是通过工艺和刀具产生的，它存储了刀具路径和工艺信息。

　　(4)刀具列表提供定义切削工件的刀具，它包含对刀具种类、尺寸的定义，比如加工曲面需要球头刀，就在刀具列表里选择球头刀，然后再定义球头刀的直径、刃长及材质等项目。刀具项目显示刀具的类型和尺寸，它随着刀具的定义及时改变。刀具列表同时包含铣刀和车刀，每种刀具拥有唯一的图片。

　　(5)视图控制面板可以很快地改变当前工件的显示视角，可以随便旋转、重绘、取消及放大工件。

　　(6)垃圾箱可以删除屏幕上的一些对象(如列表中的项目、图素或实体等)，它的功能等同于按下Delete键。

　　2 GibbsCAM编程加工应用

　　2.1 CAM软件背景

　　作为一名数控加工工艺与编程的工作人员，程序编制的好坏直接影响着最终零件的形位尺寸及表面粗糙度，编制的程序体现了加工工艺的优化与否，直接影响着数控机床的有效利用率。各种编程软件只是1种工具，具体的加工工艺安排、加工参数的设定及刀具的选择必须人为地去操作设定。随着现代社会的飞速发展，各种CAD/CAM软件的不断出现，很大程度上提高了当前的制造业水平。笔者也曾接触过其他一些编程软件，比如UG、Delcam的PM、MasterCAM、Cimatron E7.0及国产的CAXA制造工程师等软件，可以说各类软件有着各自的优缺点，像3-Axis Mill CAM已经接近于成熟阶段。目前随着多轴联动机床的不断涌现，很多多轴联动编程软件在市场上也不断更新亮相。但对于车铣复合类编程软件相对较少。然而任何软件都必须要针对不同的机床进行机床后置处理的二次开发，因为软件原带的后置乃是一个通用后置，并不能用于所有机床。目前国内许多CAD/CAM软件用户对软件的应用只停留在CAD模块上，对CAM模块的应用效率不高，其中1个非常关键的原因就是没有配备专用的后置处理器，或只配备了通用后置处理器而没有根据数控机床特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需人工做大量的修改，严重影响了CAM模块的应用效果。

　　2.2 CAM软件期望效果

　　近几年来，我国数控机床技术有了显著发展，数控机床的数量(包括从国外进口的数控机床)在不断的上升。但我国企业目前数控设备的利用率普遍偏低，数控设备利用率约20%～30%(工业发达国家达60%～80%)、开机率50%～80%(工业发达国家95%)、主轴利用率40%～60%(工业发达国家95%)、加工效率仅达3～5kg/h(为工业发达国家30～50kg/h的1/10)。主要表现为数控机床性能没有完全发挥、多轴单用、数控普用、工艺水平落后等，其中影响我们机床利用率的1个最主要原因就是，机床停机时间太长。

　　因为现在大多数企业生产车间都是串行的生产模式，如图2所示，这种生产模式从看到图纸一直到工件开始加工都是由工人一人完成，中间的所有动作都是链条式的，只有做完了一步才能接着做下一步，属于分步进行的。

　　图2 串行生产模式

　　假如我们利用1款适合于本企业产品零件的CAM软件，加之一些生产政策调整，我们可以利用如图3所示的并行生产模式，这种生产模式把1个工件从图纸到成型的各个过程分布式但同步进行，机床还在加工其他工件时，下一个待加工工件的程序和刀具列表已经输出，装刀工人可以开始准备刀具，校车工可以识别程序准备校车。所有辅助加工过程都是在同时进行，单位时间里就做了比第一种生产模式更多的事情，这种生产模式可以很大程度地提高机床利用效率，让机床只在安装刀具时停止运行。然而该种生产模式需要1个相对较好的CAM软件。笔者认为，目前我们并不能完全脱离手工编程进行计算机编程，因为无论多完美的软件总有某些功能的欠缺。再加之现在的产品逐渐向多品种小批量模式转化，不同的零件特征部位就需要不同的加工策略，任何一款软件不可能做到覆盖所有机械加工类别，所以仍要以计算机编程为主，手工编程为辅，来提高1个机加车间的生产效率。

　　图3 并行生产模式
(本文不涉密)
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