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(xiàn)有加工技術(shù)中，金屬零件銑削加工時(shí)需要進(jìn)行多工位加工，所以需要進(jìn)行多次編制數(shù)控程序，多次偏置工件坐標(biāo)系，操作繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加工效率低，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長，隨著科技產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期縮短，對(duì)產(chǎn)品零件越來越趨向于多品種小批量生產(chǎn)，對(duì)于零件加工切換速度提出了更高的要求，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文對(duì)GibbsCAM編程軟件多工位加工技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套提高多工位零件高效加工的方法。

2 多工位零件結(jié)構(gòu)分析

某型號(hào)多工位零件結(jié)構(gòu)如圖1所示， 根據(jù)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(zhì)量，在1次編程，1個(gè)工件坐標(biāo)系的情況下，完成7個(gè)相同零件的加工，需要對(duì)多工位零件加工技術(shù)進(jìn)行深入研究，需要探索出合適的加工方式，滿足生產(chǎn)要求。

圖1 多工位零件簡圖

3 GibbsCAM多工位零件加工

3.1 坐標(biāo)系設(shè)定

在數(shù)控編程時(shí)，為了描述機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，簡化程序編制的方法及保證記錄數(shù)據(jù)的互換性，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向均已標(biāo)準(zhǔn)化，目前國際上數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向均已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，掌握機(jī)床坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系等概念，是具備人工設(shè)置機(jī)床加工坐標(biāo)系的基礎(chǔ)。

(1)工件坐標(biāo)系定義

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

A、工件零點(diǎn)選在工件圖樣的尺寸基準(zhǔn)上，這樣可以直接用圖紙標(biāo)注的尺寸，作為編程點(diǎn)的坐標(biāo)值，減少計(jì)算工作量。

B、能使工件方便地裝夾、測(cè)量和檢驗(yàn)。

C、工件零點(diǎn)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(duì)于有對(duì)稱形狀的幾何零件，工件零點(diǎn)最好選在對(duì)稱中心上。

(2)機(jī)床坐標(biāo)系定義

機(jī)床原點(diǎn)是指機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)，即X=0，Y=0，Z=0。機(jī)床原點(diǎn)是機(jī)床的基本點(diǎn)，它是其他所有坐標(biāo)，如工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系，以及機(jī)床參考點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)。從機(jī)床設(shè)計(jì)的角度看，該點(diǎn)位置可以是任意點(diǎn)，但對(duì)某一具體機(jī)床來說，機(jī)床原點(diǎn)是固定的。數(shù)控銑床的原點(diǎn)位置各生產(chǎn)廠家不一致，有的設(shè)在機(jī)床工作臺(tái)中心，有的設(shè)在進(jìn)給行程范圍的終點(diǎn)(如圖2所示)。

圖2 數(shù)控銑床坐標(biāo)系原點(diǎn)

(3)編程坐標(biāo)系定義

編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時(shí)，不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置，為了編程方便，需要在圖紙上選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢米鳛榫幊淘c(diǎn)，即程序原點(diǎn)或程序零點(diǎn)。對(duì)于簡單零件，工件零點(diǎn)一般就是編程原點(diǎn)，這時(shí)的編程坐標(biāo)系就是工件坐標(biāo)系。而對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，需要編制幾個(gè)程序或子程序。為了編程方便和減少坐標(biāo)值的計(jì)算，編程原點(diǎn)就不一定設(shè)在工件零點(diǎn)上，而設(shè)在便于程序編制的位置。

3.2 GibbsCAM單個(gè)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(fù)合領(lǐng)域的CAM加工方案，它除了車銑復(fù)合之外，還支持2軸到5軸銑削、車削、聯(lián)動(dòng)銑削多任務(wù)加工和線切割，其最大的特點(diǎn)是界面簡潔，易學(xué)易用，操作模式和我們的工藝習(xí)慣非常一致。該軟件2008年6月進(jìn)入中國市場(chǎng)，我單位于2009年7月購進(jìn)該軟件，主要應(yīng)用于工廠的數(shù)控三軸銑、五軸銑及雙主軸雙刀塔車銑復(fù)合加工中心編程工作。

(2)GibbsCAM單個(gè)零件程序編制

運(yùn)用GibbsCAM曲面編程功能對(duì)該零件進(jìn)行曲面程序編制，采用直徑5mm的球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速5000r/min，下刀進(jìn)給500mm/min，輪廓進(jìn)給1500 mm/min，XY步距0.1mm，應(yīng)用往復(fù)式順銑方式設(shè)定參數(shù)如圖3所示，生成單個(gè)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(shù)設(shè)定

圖4 單個(gè)零件刀軌定 圖5 單個(gè)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(diǎn)擊GibbsCAM軟件里的附加功能，點(diǎn)擊變換操作按鈕，如圖6所示，設(shè)定H方向平移量為28mm，重復(fù)次數(shù)為6次，如圖7所示，點(diǎn)擊執(zhí)行，生成刀具軌跡如圖8所示，進(jìn)行仿真加工如圖9所示。

圖6 變換操作界面

圖7 復(fù)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(biāo)偏置方法分析

圖10 后置處理對(duì)話框

圖11 G92坐標(biāo)偏置

運(yùn)用GibbsCAM后置處理坐標(biāo)系偏置功能進(jìn)行多工位零件坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，點(diǎn)擊后置處理對(duì)話框，輸入零件數(shù)量為7，選擇等間隔設(shè)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(dòng)類型選擇充滿，如圖10所示，生成坐標(biāo)偏置程序如圖11所示，這里應(yīng)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(shè)定刀具起點(diǎn)相對(duì)于工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對(duì)位置建立工件坐標(biāo)系，G92指令將該坐標(biāo)值寄存在數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，執(zhí)行G92指令只是建立在工件坐標(biāo)系中刀具起點(diǎn)相對(duì)于程序原點(diǎn)的位置，刀具并不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，即X、Y、Z軸均不運(yùn)動(dòng)，但機(jī)床顯示器上的坐標(biāo)值發(fā)生變化，該坐標(biāo)系在機(jī)床重開機(jī)時(shí)消失。G92指令須后續(xù)坐標(biāo)值指定當(dāng)前工件坐標(biāo)值，因此須單獨(dú)一個(gè)程序段指定，盡管該程序段中有位置指令值，但并不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，另外在使用G92指令前，必須保證機(jī)床處于加工起始點(diǎn)，該點(diǎn)稱為對(duì)刀點(diǎn)。

對(duì)于編程員而言，一般只要知道工件上的程序原點(diǎn)即可，與機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)及裝夾原點(diǎn)無關(guān)。但對(duì)于機(jī)床操作者來說，必須分清楚所選用的數(shù)控機(jī)床上述各原點(diǎn)及其之間的偏移關(guān)系，數(shù)控機(jī)床的原點(diǎn)偏移，實(shí)質(zhì)上是機(jī)床參考點(diǎn)向編程員定義在工件上的程序原點(diǎn)的偏移。

4 結(jié)論

通過對(duì)GibbsCAM多零件程序編制和多工位零件G92坐標(biāo)偏置兩種加工方法進(jìn)行分析，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次零件加工試驗(yàn)，通過編程速度和數(shù)控程序量大小進(jìn)行對(duì)比，最終我們選擇多工位零件G92坐標(biāo)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(chǎn)制造。