復(fù)合加工技術(shù)與常規(guī)數(shù)控加工工藝相比有明顯優(yōu)勢(shì)：①縮短產(chǎn)品制造工藝鏈，減少了生產(chǎn)輔助時(shí)間，同時(shí)也減少了工裝卡具制造周期和等待時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率;②減少裝夾次數(shù)，避免了由于定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致的誤差積累，提高了加工精度;③盡管完整加工機(jī)床的單臺(tái)設(shè)備價(jià)格較高，但由于過(guò)程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，車(chē)間占地面積和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也隨之減少，從而降低了總體固定資產(chǎn)的投資、生產(chǎn)運(yùn)作和管理的成本;④把加工任務(wù)交給一個(gè)工作崗位，這樣不僅使生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度簡(jiǎn)化，而且透明度明顯提高，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)劃系統(tǒng)就能夠迅速解決所發(fā)生的事情并使之優(yōu)化。

    因此復(fù)合加工是機(jī)械加工的發(fā)展方向之一，也是數(shù)控設(shè)備發(fā)展的一個(gè)主要方向。在多種復(fù)合加工領(lǐng)域中，車(chē)銑復(fù)合加工是目前發(fā)展最完善的一個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，車(chē)銑復(fù)合加工中心在我國(guó)飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及附件廠等航空制造廠家都有引進(jìn)。

    車(chē)銑復(fù)合加工中心實(shí)際上相當(dāng)于一條生產(chǎn)線，工序集中是其最為鮮明的工藝特點(diǎn)。這對(duì)數(shù)控編程技術(shù)提出了更高的要求，車(chē)銑復(fù)合加工工藝種類(lèi)繁雜，要掌握數(shù)控車(chē)削、多軸銑削和數(shù)控鉆孔等多種加工方式的編程，還要對(duì)工序間的銜接與進(jìn)退刀方式準(zhǔn)確界定。車(chē)銑復(fù)合加工程序編制過(guò)程中，串并行順序的確定必須嚴(yán)格按照工藝路線確定，必須綜合考慮多通道并行加工程序的編制。因此，要實(shí)現(xiàn)高效的復(fù)合加工，應(yīng)該發(fā)展工藝、軟件編程和計(jì)算機(jī)仿真一體化的工藝解決方案。

    5軸車(chē)銑復(fù)合技術(shù)集成了現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)。其工藝范圍之廣和能力之強(qiáng)，已成為當(dāng)今復(fù)合加工機(jī)床的佼佼者，是世界范圍內(nèi)最先進(jìn)的機(jī)械加工設(shè)備之一。5軸車(chē)銑復(fù)合技術(shù)的先進(jìn)理念是提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期。這種技術(shù)在軍工、航空、航天、船舶以及一些民用工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，尤其在航空航天領(lǐng)域?qū)σ恍┬螤顝?fù)雜的異形零件的加工更具優(yōu)勢(shì)。

1 GibbsCAM軟件車(chē)銑復(fù)合功能簡(jiǎn)述

    車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的發(fā)展，也對(duì)CAM軟件提出了更多的要求，復(fù)雜的車(chē)銑復(fù)合設(shè)備用傳統(tǒng)的手工編程是很難實(shí)現(xiàn)的，并且效率很低。很多傳統(tǒng)的以銑削為發(fā)展方向的CAM軟件也無(wú)法完成這種類(lèi)型的編程。目前國(guó)內(nèi)許多CAD/CAM軟件用戶對(duì)軟件的應(yīng)用只停留在CAD模塊上，對(duì)CAM模塊的應(yīng)用效率不高。其中一個(gè)非常關(guān)鍵的原因，就是沒(méi)有配備專用的后置處理器，或只配備了通用后置處理器，而沒(méi)有根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)進(jìn)行必要的二次開(kāi)發(fā)，由此生成的代碼還需人工做大量地修改，嚴(yán)重影響了CAM模塊的應(yīng)用效果。

圖1 GibbsCAM軟件曲面路徑加工策略  

圖2 GibbsCAM軟件5軸刀軸控制選項(xiàng)

    GibbsCAM是Cimatron公司的一款面向工件加工的CAM軟件，為車(chē)銑復(fù)合領(lǐng)域提供了CAM加工方案：除了數(shù)控車(chē)銑復(fù)合之外，還支持2軸到5軸的銑削、車(chē)削和聯(lián)動(dòng)銑削多任務(wù)加工和線切割，其操作模式和我們的工藝習(xí)慣非常一致。用戶可在同一界面下建構(gòu)幾何圖形、設(shè)定刀具、產(chǎn)生刀具路徑、路徑模擬、設(shè)定后處理及輸出優(yōu)化的NC程序。GibbsCAM軟件的5軸曲面路徑加工策略如圖1所示，5軸多樣化的刀軸控制如圖2所示。其可控制加工工藝的刀軸方向、安全區(qū)域、進(jìn)退刀、層間或行間連接、避免碰撞和干涉等。能滿足典型5軸零件的加工，并擁有零件切削仿真和機(jī)床仿真功能。

2 零件加工策略實(shí)例

     某工件實(shí)體圖如圖3所示。其中黃色區(qū)域的鍵槽和錐面部分，我們將采用5軸策略加工。

圖3 零件實(shí)體圖

     (1)零件的外圓曲面和槽的加工，用車(chē)銑復(fù)合加工中心的車(chē)削和銑削實(shí)現(xiàn)，這部分操作相對(duì)常見(jiàn)，筆者在此不再贅述。

     (2)立銑刀側(cè)刃加工錐面策略：?jiǎn)芜吳€選擇為錐面底部黑色輪廓線，驅(qū)動(dòng)曲面為黃色側(cè)壁，干涉面為底部棕紅色面，具體設(shè)置如圖4所示。

圖4 立銑刀側(cè)刃加工錐面策略

     加工錐面刀軸控制策略：刀軸策略設(shè)置相對(duì)于切削方向傾斜，此選項(xiàng)可以根據(jù)需要分別設(shè)置刀具的前傾角和側(cè)傾角。我們要求用側(cè)刃銑削錐面，所以設(shè)置側(cè)傾角為90°，即側(cè)刃始終保持與錐面平行，如圖5所示。

圖5 加工錐面刀軸控制策略

     安全平面設(shè)置為“圓柱面”，如圖6所示。

圖6 安全平面設(shè)置

     刀路仿真如圖7所示。

圖7 刀路仿真

    (3)另一錐面采用同上的加工策略。

    (4)加工鍵槽策略：采用平行于曲線的銑削，單邊曲線選擇為鍵槽底部黑色輪廓線，驅(qū)動(dòng)曲面為黃色槽底面，棕紅色面為干涉面，以避免延伸刀路過(guò)切突出部位，如圖8所示。

圖8 鍵槽加工策略

    加工鍵槽刀軸控制策略：由于側(cè)壁沒(méi)有拔模角度，因此采用“保持法向于曲面”，即刀軸始終保持垂直于所選擇的驅(qū)動(dòng)曲面。此加工采用D14刀具，設(shè)置側(cè)邊移動(dòng)為“-7”(刀半徑)，否則刀具中心將落在鍵槽底部的黑色輪廓線上，造成過(guò)切零件，如圖9所示。

圖9 加工鍵槽刀軸控制策略

    (5)其他鍵槽均采用此方法，生成軌跡和刀路仿真如圖10。

圖10 生成軌跡和刀路仿真

    (6)后置處理和加工仿真。車(chē)銑復(fù)合加工由于工藝方法復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)部件多等原因，對(duì)后置處理軟件及技術(shù)提出了更高的要求，如不同工序間的銜接運(yùn)動(dòng)要求嚴(yán)格準(zhǔn)確，需要對(duì)工藝順序和數(shù)控程序進(jìn)行自動(dòng)判定，涉及不同加工方式的后置處理技術(shù)，非切削功能的處理和調(diào)用等。

    GibbsCAM專門(mén)定制了機(jī)床定義文件MDD(MachineDefinitionDocuments)和VMM文件對(duì)軟件編程環(huán)境做了控制，使得后置處理具有了針對(duì)不同機(jī)床的很強(qiáng)的專業(yè)性。具體地，當(dāng)程序編好后，頂層面板上的后置處理器便會(huì)被激活，點(diǎn)擊“后置處理器”按鈕，系統(tǒng)會(huì)彈出后處理對(duì)話框，點(diǎn)擊“后處理”按鈕，選擇相應(yīng)的機(jī)床后置處理文件，再點(diǎn)擊“輸出檔案”按鈕，指定存儲(chǔ)NC程序位置，選中“程序”按鈕，則該零件的NC程序便可自動(dòng)生成。

    車(chē)銑復(fù)合加工由于運(yùn)動(dòng)部件多、功能復(fù)雜，程序編制完成后的加工仿真就顯得尤為重要。GibbsCAM軟件用戶可根據(jù)自己實(shí)際的機(jī)床結(jié)構(gòu)和參數(shù)自行創(chuàng)建機(jī)床，進(jìn)行機(jī)床仿真，并結(jié)合同步管理器，調(diào)整程序，使多刀塔多主軸的程序以最優(yōu)化、最可靠的方式同步運(yùn)動(dòng)，避免加工過(guò)程中發(fā)生碰撞，確保安全加工。

3 結(jié)語(yǔ)

    目前的復(fù)合加工裝備正朝著更大工藝范圍、更高效率、大型化以及模塊化的方向發(fā)展?；贑AM軟件的5軸車(chē)銑復(fù)合加工將會(huì)有更為廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的現(xiàn)代制造行業(yè)中，合理地利用CAM軟件進(jìn)行復(fù)合加工，能夠大大縮短輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床利用率。