GibbsCAM软件编程在车铣复合加工中的应用

发布时间:2022-05-16 10:25:59 阅读数: 17

  CAM软件只是1个工具,任何工件的加工都离不开工艺的指导,但是工艺的确定,也必须有一款完美的CAM软件为之辅助,1台好的设计师更需要对工件加工工艺有较强的认知,这样设计出的产品才能保证具有完美的加工流畅性。合理确定数控加工工艺对实现优质、高效、经济的数控加工具有极为重要的作用。其内容包括选择合适的机床、刀具、夹具、走刀路线及切削用量等,只有选择合适的工艺参数及切削策略才能获得理想的加工效果。

  2.3.1 典型工件实例

  某工件实体图如图4所示。该工件的原始加工方法分为3道工序,见表1。

  图4 某工件实体图

  表1 原始加工方法

  1道工序是指1个(或l组)工人,在1台机床上(或1个工作地点)对1个(或同时对几个)工件所连续完成的那部分工艺过程。也就是说原始加工方法中,需要用3台机床,至少要装夹3次。这种加工方法严重影响加工效率和生产成本,严重影响工件加工精度和各种形位公差(同轴度、对称度等),2台铣床对它加工时都必须做工装爽具,然而执行工序1中的车外圆时由于机床的轴向误差会在外圆柱面上产生圆跳动,这给后道工序2中的工装夹具制造带来了不少麻烦。而且通常都要做好几套夹具,针对不同的圆柱面使用不同的夹具,每加工完1个工件都要花一段时间去更换夹具,这些弊端给生产带来了不可估量的损失。

  自从公司新购进1款GibbsCAM软件后,使得加工过程可以采用另外1种工艺安排进行加工。GibbsCAM编程加工法只需1道工序,减少了辅助加工时间,加工效率提高了30%,见表2。

  表2 GibbsCAM编程加工法

  下面详细介绍特殊加工工步中,GibbsCAM软件编程在车铣复合机床上的加工方法:

  (1)棒料毛坯装夹在主轴上(直径为110mm的铝合金棒料,通用夹具即可),主轴加工。

  (2)平端面、车外圆、钻孔、镗孔、钩内槽、半精车、半精镗孔(属于简单类两轴车加

  工)。

  (3)铣外圆柱面上3条螺旋槽,如图5所示。此螺旋槽宽3.2mm,用直径3mm的铣刀铣削,总共走了3刀。以前一直考虑第一刀和后两刀能不能设置不同的进给量(走刀速度),因为第一刀是满刀切削,后两刀只吃刀(走步距)0.1mm的余量。现在用GibbsCAM软件解决了该问题,可以通过“可变进给速率”来控制想要的进给量,大大节约了加工时间。转速S2500,进给量不同的地方分别为F200、F400,加工时间3min。

  图5 铣外圆柱面上3条螺旋槽

  该零件部位特征为3条均布于外圆柱面上的螺旋槽,加工时ZC两轴联动,利用GibbsCAM软件可按以下顺序进行编程:

  ?利用工作群组列表新建1个工作群组,将名称更改为您所熟悉的通用名称,比如改为“铣螺旋槽”,后续对螺旋槽的编程动作将存储在该工作群组里。

  ?利用坐标系群组新建1个坐标系,新建的坐标必须正对您所要编制的那条螺旋槽,假如我们所做的该零件的CAD模型中,ZX平面正处于机床C轴零位,那么YZ平面就正好与C轴零位成90?角。在新建坐标系之前,首先就在GibbsCAM软件坐标系列表中选中YZ平面,使工作界面中的坐标系处于YZ平面上,然后点击坐标系列表中的“新工作群组”,将产生1个新的坐标系,再点击顶层面板中的“坐标系统面板”,利用“坐标系统面板”中的“对齐C平面”功能,使刚才所新建的坐标系以YZ坐标为基准,逆时针旋转60?角,我们可以把这个坐标系改名为“Y2-60”以便区分于别的坐标系。

  ?在工作界面中对该零件的螺旋槽进行曲线编辑,使该螺旋槽成为1个封闭的曲线框螺旋槽。可按下面顺序进行取线操作:首先按下主菜单中的“选面”功能,选取螺旋槽所在的零件圆柱曲面;然后点击“几何图素绘制面板”中的“由实体抽取”按键,进入“由实体抽取”的子选项中,选择“图形抽取”功能,即完成了对该螺旋槽曲面的线条抽取,对抽取的线条进行编辑,使之成为封闭的螺旋槽曲线框。

  ?双击该封闭螺旋槽曲线框,使之处于一种被选中的状态,点击主菜单中的“修改”,再次点击“修改”下的“展开几何”功能,所选中的曲线框便被展开在之前所新建的“Y2-60”平面上,成为1个面封闭曲线框。

  ?在刀具列表中选择1把3mm直径的端面立铣刀,一般3mm的立铣刀刃长为8mm,可在刀具对话框中设置刃长为8mm。设置刀具刃长与实际项符合,可起到实际加工与软件模拟仿真加工互相监督验证的作用。

  ?在加工面板中选择铣功能中的“粗加工”项目,并且把它拖拽到工艺列表中,然后把刀具列表中的φ3mm铣刀拖拽到工艺列表中的粗加工项目下。此时便会弹出1个粗加工对话框,对粗加工对话框里的工艺参数进行设置:先选择“挖槽”主功能下的“偏移”子选项;然后给定主轴转速S2500,进给量为F200,设定进给加工之前的安全点及需要加工的深度尺寸;最后选择“旋转”主功能下的“加工坐标系统”为之前新建的“Y2-60”坐标系,选中“旋转铣削”方式。

  ?点击加工面板下的“进行”按钮,该条螺旋槽的刀具路径便会被产生并且存储在操作列表中。

  此螺旋槽的程序编制过程中,针对用φ3mm的铣刀铣削宽度为3.2mm的螺旋槽,我们希望第1刀满刀切削时,走刀速度慢一些,但当走完第1刀,剩下的余量吃刀(走步距)切削时,希望走刀速度快一些,然而它的刀具路径都是在1个工艺操作中产生的,1个粗加工对话框中只能输入1个进给量F200。此时便可使用GibbsCAM的可变进给率功能,来实现所希望产生的作用效果。如图6所示,可通过www.huishe.cn在相应的铣螺旋槽操作列表项目上右击鼠标选择“速率标记”功能按钮,弹出“切削速率标记”对话框,在标记类型中选择“可变进给速率”选项,然后便可以对不同的刀具路径点赋予不同的进给值,以达到我们的期望效果。可变进给速率功能的有效利用可以使金属切除加工效率在原有的基础上增大40%以上。

  图6 “切削速率标记”对话框

  (4)铣柱面,如图7所示,该圆柱面编程较简单,只需在YZ平面上的圆柱底面围绕圆柱取一段曲线圆弧即可,利用φ10mm球头铣刀转速S2000,进给量F150,加工时间为1min6s。编制该特征时,使用加工面板里的铣功能中轮廓切削加工法,把“轮廓切屑”项目和φ10 mm的球头铣刀拖拽人同一个工艺列表项目中,弹出“轮廓”对话框,在对话框里设置加工参数,“旋转”选项里选择加工坐标系统为YZ平面,然后直接在工作平面上选择之前取出的曲线圆弧,定义始末两点,点击“加工面板”上的“进行”按钮即可。

  图7 铣柱面

  (5)铣曲面,如图8所示。该曲面采用φ10mm的球头铣刀铣削,GibbsCAM编程时采用曲面加工法,只需控制转速、进给量和加工步距即可。加工步距0.05mm,转速S2000,进给量

  F500,加工时间18min(曲面最大直径为68mm)。应用“加工面板”上的“曲面”功能进行编程,将“曲面”和(φ10 mm球刀拖拽入同一个工艺列表项目中,弹出“曲面加工”对话框,点击“曲面”选项选择“曲面流切削方式”设定加工参数,选择XY平面,点击“加工面板”上的“进行”按钮即可。

  图8 铣曲面

  主轴加工程序编制结束后,应用公用操作,编制E轴对接切断的程序,公用操作是根据机床结构而单独定制的1个虚拟机床宏定义VMM(Virtual Machine Macro)。将加工面板上的“公用操作”项目拖拽入工艺列表中,将会弹出“公用”对话框,然后按照以下顺序进行:

  ?在公用对话框中选择“移动刀塔”选项,移动刀塔可根据机床架构来决定是否使用,因为笔者接触的车铣复合机床,当E轴伸出到主轴接工件时,上刀塔必须往Z的负方向移动,让出足够的空间,使E轴对接切断。然后可以手动定义刀塔需要移动到的位置,点击“新的位置”在X、Z下输入坐标值,点击加工面板下的“进行”即可;

  ?在公用对话框中选择“次要主轴人”选项,软件里的次要主轴即是机床的E轴,接着在“主轴启动”下选择“逆向”,因为是使用上刀塔切断,主轴必须反转,这样才能使刀具的切削刃口与主轴转向一致,否则会发生毁坏刀具的事件,然后设定“主轴转速”为1000,“Z安全平面”为10,Z安全平面是E快速伸出接近主轴对接前的1个安全位置,“进给率”为500,“Z夹持位置”为-40,Z夹持位置是副轴装夹工件的Z向长度,也就是夹持量,点击“进行”即可。以上这项选项里的参数可以根据工件的尺寸自行设置;

  ?此时E轴已经对接上主轴,接下来做切断的程序,从刀具列表里拖拽一把宽为3mm的切断刀到工艺列表中,从加工面板中选择车功能的“轮廓切削”功能,并将它拖拽入工艺列表中,便会弹出“轮廓”对话框,设定加工参数,选择ZX平面,拾取切断处的线条,定义始末两点,点击“进行”即可;

  ?将公用操作拖拽入工艺列表中,选择“次要主轴归位”选项,定义主轴转速和进给率,点击“进行”即可。

  (6)主轴加工完毕,E轴伸出对接切断,开始副轴加工,副轴加工中,有个铣削与水平面成50.29?的特征平面。下面就介绍一下铣削斜平面的编程方法:

  铣斜面(该斜面与水平面成50.29?角),如图9所示,采用φ10mm立铣刀,GibbsCAM利用1条直线就能编出铣斜面程序,只需在软件里面设置角度为50.29?,可按以下顺序编制:将加工面板上铣功能中的“轮廓切削”项目和刀具列表中的φ10mm铣刀拖拽同1个工艺列表项目中,弹出“轮廓”对话框,设定加工参数,点击安全平面下的图标,弹出“壁面选择”对话框,选中里面的“锥度W倒角”选项,设置里面的“边斜度”为50.29,点击“进行”即可。

  图9 铣斜面

  根据比较,GibbsCAM编程法加工1个完整的工件用了1h20min42s,之前原始加工法分3道工序用时为1h43min,GibbsCAM编程加工后集中了工序,保证了零件的各种形位公差,做到了1次装夹全部加工完成,工件加工报废率减小了80%以上,减少了原始加工中的制作工装夹具的辅助时间,生产率提高了30%。在数控加工领域中,CAM的成本可以很快的从增加的收益中收回,多主轴多刀架的设备,通过CAM软件可以很有效地设置加工节拍,充分发挥双刀架的加工效率。此外,对于多坐标联动的加工更是离不开CAM软件的支持。高效加工不仅仅是一种加工方式,更是一种理念,它涵盖了设备、刀具、工艺流程优化、CAM应用等多个领域范畴。

  2.3.2 机床后置处理

  (1)后处理的功能作用

  数控机床是通过识别NC程序来控制各种快速定位、进给运动、停止等来进行工件的机械加工,NC程序有手工编制和自动编制两种方式。后处理就是用在自动编程方面,任何一款CAM软件做完刀具、加工参数、工艺等一系列工作以后都需要通过相应的后处理来将之前的一系列加工步骤转化为NC程序,后处理是CAM的重要组成部分。它包括加工刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成。加工刀具路径文件可利用CAD/CAM软件,根据加工对象的结构特征、加工环境特征(其中包括机床一夹具一刀具一工件所组成的具体工序加工系统的特征)以及加工工艺设计的具体特征来生成描述加工过程的刀具路径文件。通过后置处理器读取由CAM系统生成的刀具路径文件,从中提取相关的加工信息,并根据指定数控机床的特点及NC程序格式要求进行分析、判断和处理,最终生成数控机床所能直接识别的NC程序,就是数控加工的后置处理。数控加工后置处理是CAD/CAM集成系统非常重要的组成部分,它直接影响CAD/CAM软件的使用效果及工件的加工质量。

  (2)GibbsCAM后处理程序生成过程

  当做完所有工步加工程序编制时,最后一步就是应用后置处理生成NC代码。CibbsCAM因为专门定制了机床定义文件MDD(Machine Definition Documents)和VMM文件对软件编程环境做了控制,使得后嚣处理具有了针对不同机床很强的专业性。当程序编好后顶层面板上后置处理器便会被激活,点击“后置处理器”按钮,弹出后处理对话框,点击“后处理”按钮,选择相应的机床后置处理文件,点击“输出档案”按钮,指定存储NC程序位置,点击“程序”按钮,该零件的NC程序便自动生成。

  3 结语

  CAM运用是1个企业从原始加工走向零件数字化制造的1个必需品,1款优秀的CAM软件

  可以让数控技术员的新工艺新技术得到验证实施。本文从宏观和微观2个方位阐述了CAM软

  件在当今制造业中的重要性,在竞争激烈的现代制造行业中,合理地利用CAM软件,能够缩短辅助加工时间,提高机床利用率。


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