GibbsCAM多工位零件高效加工技術研究

李 賀

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

工廠現有加工技術中，金屬零件銑削加工時需要進行多工位加工，所以需要進行多次編制數控程序，多次偏置工件坐標系，操作繁瑣，費時費力，加工效率低，生產準備時間長，隨著科技產品的更新換代周期縮短，對產品零件越來越趨向于多品種小批量生產，對于零件加工切換速度提出了更高的要求，針對現有技術的不足，本文對GibbsCAM編程軟件多工位加工技術進行分析，結合實際加工經驗，總結出一套提高多工位零件高效加工的方法。

2 多工位零件結構分析

某型號多工位零件結構如圖1所示， 根據高效加工要求，需要在1次裝夾的情況下完成相同零件的7次加工，為了提高加工效率，保證加工質量，在1次編程，1個工件坐標系的情況下，完成7個相同零件的加工，需要對多工位零件加工技術進行深入研究，需要探索出合適的加工方式，滿足生產要求。

圖1 多工位零件簡圖

3 GibbsCAM多工位零件加工

3.1 坐標系設定

在數控編程時，為了描述機床的運動，簡化程序編制的方法及保證記錄數據的互換性，數控機床的坐標系和運動方向均已標準化，目前國際上數控機床的坐標軸和運動方向均已實現標準化，掌握機床坐標系、編程坐標系、工件坐標系等概念，是具備人工設置機床加工坐標系的基礎。

(1)工件坐標系定義

工件坐標系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素(點、直線和圓弧)的位置而建立的坐標系。工件坐標系的原點即是工件零點。選擇工件零點時，最好把工件零點放在工件圖的尺寸能夠方便地轉換成坐標值的地方。車床工件零點一般設在主軸中心線上，工件的右端面或左端面。銑床工件零點，一般設在工件外輪廓的某個角上，進刀深度方向的零點，大多取在工件表面。工件零點的一般選用原則如下：

A、工件零點選在工件圖樣的尺寸基準上，這樣可以直接用圖紙標注的尺寸，作為編程點的坐標值，減少計算工作量。

B、能使工件方便地裝夾、測量和檢驗。

C、工件零點盡量選在尺寸精度較高的工件表面上。這樣可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。

D、對于有對稱形狀的幾何零件，工件零點最好選在對稱中心上。

(2)機床坐標系定義

機床原點是指機床坐標系的原點，即X=0，Y=0，Z=0。機床原點是機床的基本點，它是其他所有坐標，如工件坐標系、編程坐標系，以及機床參考點的基準點。從機床設計的角度看，該點位置可以是任意點，但對某一具體機床來說，機床原點是固定的。數控銑床的原點位置各生產廠家不一致，有的設在機床工作臺中心，有的設在進給行程范圍的終點(如圖2所示)。

圖2 數控銑床坐標系原點

(3)編程坐標系定義

編程坐標系是編程人員根據零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時，不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置，為了編程方便，需要在圖紙上選擇一個適當的位置作為編程原點，即程序原點或程序零點。對于簡單零件，工件零點一般就是編程原點，這時的編程坐標系就是工件坐標系。而對于形狀復雜的零件，需要編制幾個程序或子程序。為了編程方便和減少坐標值的計算，編程原點就不一定設在工件零點上，而設在便于程序編制的位置。

3.2 GibbsCAM單個零件加工分析

(1)GibbsCAM軟件介紹

GibbsCAM是Cimatron公司旗下的一款面向零件加工的CAM軟件，尤其是車銑復合領域的CAM加工方案，它除了車銑復合之外，還支持2軸到5軸銑削、車削、聯動銑削多任務加工和線切割，其最大的特點是界面簡潔，易學易用，操作模式和我們的工藝習慣非常一致。該軟件2008年6月進入中國市場，我單位于2009年7月購進該軟件，主要應用于工廠的數控三軸銑、五軸銑及雙主軸雙刀塔車銑復合加工中心編程工作。

(2)GibbsCAM單個零件程序編制

運用GibbsCAM曲面編程功能對該零件進行曲面程序編制，采用直徑5mm的球頭銑刀，主軸轉速5000r/min，下刀進給500mm/min，輪廓進給1500 mm/min，XY步距0.1mm，應用往復式順銑方式設定參數如圖3所示，生成單個零件刀具軌跡如圖4所示，仿真加工如圖5所示。

圖3 曲面編程參數設定

圖4 單個零件刀軌定 圖5 單個零件仿真加工

3.3 GibbsCAM多工位零件加工分析

(1)多零件程序編制方法分析

點擊GibbsCAM軟件里的附加功能，點擊變換操作按鈕，如圖6所示，設定H方向平移量為28mm，重復次數為6次，如圖7所示，點擊執行，生成刀具軌跡如圖8所示，進行仿真加工如圖9所示。

圖6 變換操作界面

圖7 復制程序界面

圖8 多工位零件刀軌

圖9 多工位零件仿真加工

(2)多工位零件G92坐標偏置方法分析

圖10 后置處理對話框

圖11 G92坐標偏置

運用GibbsCAM后置處理坐標系偏置功能進行多工位零件坐標轉換，點擊后置處理對話框，輸入零件數量為7，選擇等間隔設置X值為28mm，換刀方式選擇一把刀加工所有工件，工件間移動類型選擇充滿，如圖10所示，生成坐標偏置程序如圖11所示，這里應注意比較G92與G54到G59指令之間的差別和不同，G92指令是通過設定刀具起點相對于工件坐標系原點的相對位置建立工件坐標系，G92指令將該坐標值寄存在數控系統的存儲器內，執行G92指令只是建立在工件坐標系中刀具起點相對于程序原點的位置，刀具并不產生運動，即X、Y、Z軸均不運動，但機床顯示器上的坐標值發生變化，該坐標系在機床重開機時消失。G92指令須后續坐標值指定當前工件坐標值，因此須單獨一個程序段指定，盡管該程序段中有位置指令值，但并不產生運動，另外在使用G92指令前，必須保證機床處于加工起始點，該點稱為對刀點。

對于編程員而言，一般只要知道工件上的程序原點即可，與機床原點、機床參考點及裝夾原點無關。但對于機床操作者來說，必須分清楚所選用的數控機床上述各原點及其之間的偏移關系，數控機床的原點偏移，實質上是機床參考點向編程員定義在工件上的程序原點的偏移。

4 結論

通過對GibbsCAM多零件程序編制和多工位零件G92坐標偏置兩種加工方法進行分析，現場進行多次零件加工試驗，通過編程速度和數控程序量大小進行對比，最終我們選擇多工位零件G92坐標偏置加工方法，高效的完成了公司多品種小批量的零件生產制造。