在复合加工中手工编程和GibbsCAM软件编程的应用

　　在零件加工尤其是复合加工中，目前手工编程方式依旧普遍存在。针对比较复杂的零件，手工编程主要是应用宏程序的方式来进行。谈到宏程序我们就应该关注历届全国数控大赛。全国数控大赛由劳动和社会保障部、教育部、国防科学技术委员会、中华全国总工会、中国机械工业联合会联合举办，堪称数控奥林匹克，大赛试题引领着数控应用的高端技术。第三届全国数控大赛已经于2008年10月在大连圆满结束，但大赛中的很多东西还值得我们学习探讨。图1是大赛数车实操实体装配图：

图1 第3届全国数控大赛数控车实体装配图

　　由图一可知本题涉及到了轴、套、盘三类零件，几何形状涉及到了非圆弧曲面、V形槽、锥度、直槽等等，这里就不一一列举。本文着重分析针对非圆弧曲面的传统手工宏程序编程和应用CAM软件进行的新型编程方法。

　　1.传统加工法(宏程序编程法)

　　在这里大家可能会觉得奇怪，宏程序编程怎么会叫传统呢，同行人都知道宏程序在数控加工编程中是最困难的一种编程方法，因为它涉及到了C语言知识、加工工艺知识、实操经验等，可以说它是一种劳动密集型和智慧密集型的结晶。但这里我还是称它为传统，因为宏程序是你不借助任何辅助 CAM 软件，直接手工编制出宏程序就可以将零件加工到尺寸要求。图二为零件加工特征尺寸。

　　图2 零件加工特征尺寸

　　1.1 双曲线特征编程

　　宏程序为：

　　G0X100.0 Z1.0;(快速定位到待加工点，对刀时加工双曲线的35度外圆尖刀以双曲线右端X值为63.886处对Z向为零点)

　　G1X63.886F0.1;

　　#101=12.075;(定义曲线方程的Z值)

　　N100#102=-9*SQRT[1+#101*#101/56.25]+49;(定义曲线方程的X值)

　　#103=#101-12.075;(定义加工中工件坐标系的Z值变化)

　　#104=#102*2.0;(定义加工中工件坐标系的X值变化)

　　G1X#104Z#103F0.1;(通过走直线的方式来逼近非圆弧曲线)

　　#101=#101-0.1;(加工时Z向步距为0.1)

　　IF[#101GE-12.075]GOTO100;(如果没有加工到双曲线的Z终点12.075处，就跳转到N100处，继续加工，直到加工完毕为止)

　　G1X100.0Z1.0;(退刀)

　　G0X200.0Z100.0;(回安全点)

　　M1;(程序单段停止)

　　我这里所编的宏程序在现实加工中根据工艺的安排顺序有两种用法：

　　1)用35度或55度外圆车刀直接加工，可以直接用G73或G71调用宏程序;

　　2)不用G71或G73调用，直接用宏程序加工，但这样必须在用宏程序加工之前，用外切槽刀对双曲线进行粗加工，粗加工时可以先切槽，在用外圆刀走R14.5的始末两点圆弧，最后用宏程序加工双曲线。

　　1.2 圆弧面上的圆弧螺旋槽

　　该螺旋槽走势为一条导程为8mm的螺纹线，但它不是螺纹，而是一个R3的圆弧顺着螺纹线缠绕于圆弧面上的一条特殊的螺旋弧槽。

　　宏程序为：

　　#1=1.(刀宽)

　　#3=81.(大经)

　　#4=10.(起点Z)

　　#5=0(起始层次)

　　#2=[8.-#1]-[0.072*#5](Z向加工宽度)

　　N10#6=#4-[#5*0.036](Z轴偏移)

　　#3=81.-[#5*0.2](X轴偏移)

　　N 20G 0X90.Z#6.

　　G0X#3

　　G32Z-10.F8.0(导程8mm)

　　G0X90.

　　Z#6

　　#6=#6-0.2(每一层中Z轴偏移量减刀宽尺寸)

　　#2=#2-0.2(每一层中Z向终点判别)

　　IF[#2GT0]GOTO20

　　#6=#4-[8-#1]+[0.036*#5](每一层中Z轴最终尺寸)

　　G0X90.Z#6.

　　G0X#3

　　G32Z-10.F8.0

　　G0X90.Z#6

　　#5=#5+1.(层次加1)

　　#2=[8.0-#1]-[0.072*#5](下一层加工宽度Z向)

　　IF[#2GT3.0]GOTO10(终点判别)

　　G0X100.

　　Z0.

　　M1

　　宏程序中用到了几个公共变量，按常理说公共变量不会影响到数控机床系统内部设定的系统变量，但我们应该根据现场情况灵活处理，比如说双通道的数控机床(哈挺QTT65、DMG Twin42等)可能单独运行宏程序模块时会产生报警，因为宏程序变量和系统内部变量发生冲突，这时我们可以做以下更改：打开机床面板-手轮调到编辑模式-可写入打开(把WRITE参数0改为1)-搜索到参数6000-把6000下排的第五位参数改为1;假如我们的机床是单通道的可以无需任何更改直接运行。

　　2.GibbsCAM 软件编程方法

　　GibbsCAM是Cimatron公司旗下的一款面向零件加工，尤其是车铣复合领域的CAM加工方案，其最大的特点是界面简洁，易学易用，操作模式和我们的工艺习惯非常一致。

　　2.1 双曲线特征编程

　　借助GibbsCAM加工这种非圆弧曲面会让加工变得轻松简单。软件自动提取出车加工所用轮廓，并应用加工标记，定义想要加工区域的起始点和终止点即可。见图2所示。注意图三采用的是下刀塔刀具加工(哈挺TT65双刀塔机床)，所以虽然选择加工对象为X正向，但由它生成的切削轨迹会自动对用到X负向，以适应下刀塔刀具的加工。

　图3 GibbsCAM切槽粗加工

　　粗加工-选择宽为3mm的切槽刀，工程序由计算机自动生成，转速S1200、进给量F0.1，加工时间为34秒。

　　G0G 99Z -48.31M264

　　X85.

　　G1X68.303F.05

　　G0X85.

　　Z-50.31

　　G1X58.1F.1

　　G0X85.

　　Z-53.23

　　G1X 58.1

　　G0X85.

　　G0G99Z-87.506M8

　　G1X63.986F .05

　　G0X85.

　　Z-90.341

　　G1X63.986F .1

　　G0X85.

　　Z-93.175

　　G1X 63.986

　　G0X85.

　　Z-95.8

　　G1X 67.488

　　G0X85.

　　Z-98.424

　　G1X70.991

　　G0X85.

　　Z-101.049

　　G1X74.493

　　G0X85.

　　Z-103.673

　　G1X77.995

　　G0X85.

　　Z-106.298

　　G1X81.498

　　G0X85.

　　G97S 2000

　　G0G99Z-87.456M8

　　G1X85.004F .04

　　X63.886

　　Z-93.225

　　X86.528Z -110.192

　　G0X85.

　　M9

　　M5

　　M98P1(回安全换刀点)

　　M1

　　精加工采用3mm切槽刀，转速S1800、进给量F0.04，加工时间为31秒。具体NC代码忽略。

　　2.2 螺旋圆弧槽加工法

　　用GibbsCAM软件编程只需控制一条线段就可以编出想要的螺旋槽走刀轨迹，如图四所示：

　　图4 GibbsCAM缠绕加工螺旋圆弧槽

　　此处应用GibbsCAM软件体现出极大的优越性。只需在YZ面上取一条螺旋线的展开图，然后针对此平面上的直线进行最简单的 2.5 轴编程，并对应应用GibbsCAM缠绕加工(Rotary Milling)就可以生成预期的加工轨迹(图中红线)。有人可能会质疑说由 CAM软件生成的G代码都比较长，而如果机床内存太小，带来加工的不便。然而恰恰相反，针对此螺旋圆弧槽，下面是GibbsCAM 生成的加工G代码：

　　G0G 98Y0.Z-55.474

　　X85.

　　M5

　　M23

　　G19

　　M51S2500

　　C-115.607

　　X84.

　　G1X76.F100.

　　X82.567 -86.695C1317.03F111.004

　　G0X84.

　　X85.

　　M16

　　M9

　　M55

　　M98P 1

　　M1

　　加工参数 S2500，进给量由软件计算生成，比如说你给F80的进给量，软件通过计算最后输出F111.004的进给量，因为该螺旋槽不是普通螺旋槽(公司的很多零件外壳面上的三条螺旋槽)，此处的螺旋槽是一个半径为3mm的圆弧顺着一条导程为8mm的螺纹线缠绕在半径100mm的圆弧面上而组成的螺旋弧槽，比如当加工螺纹时，只给出主轴转速，进给量由数控机床里的脉冲编码器通过对螺距和转速的编译而控制，所以此处加工螺旋弧槽进给量是由软件计算得出，加工时间为12分44秒。

　　3.结语

　　本文通过针对第三届全国数控大赛的一道试题，讲解了如何应用手工宏程序编制方法，以及应用CAM软件的智能编程方法。两种情况都在现实加工中普遍存在。但随着企业信息化技术的提升，CAM软件作为数控高效加工的一个平台，结合自身情况有效的利用它，可以极大的简化编程难度，提高生产效率。近些年在铣削加工包括五轴铣削方面的 CAM 技术应用越来越成熟，但在复合加工方面，目前还是手工编程居多。希望本文对此领域的加工技术感兴趣的朋友有所裨益。