GibbsCAM是一款零件加工领域的专业CAM解决方案,其支持从2.5轴到五轴铣削,以及车削、车铣复合,直至多通道的多任务加工及瑞士制纵切机床的加工编程;尤其是其易学易用的特性和完善支持各种复杂的多通道多任务加工机床的技术领先性,在世界范围内得到广泛认同。作为贵州航天电器股份有限公司(后文简称航天电器)在“数字化、网络化制造”领域的战略合作伙伴,思美创(北京)科技有限公司就GibbsCAM解决方案在其制造领域的应用提供了全面支持。

航天电器是中国航天科工集团旗下的上市公司,公司主要从事高端继电器、连接器和组件线缆的研制生产和技术服务,是我国电子元器件行业高端领域、高端产品研制生产的主要企业之一,主要市场是航天、航空、电子、兵器、通讯、交通等领域,历次圆满完成我国载人航天飞行试验配套任务。本文就GibbsCAM针对其双主轴双刀塔的哈挺TT65机床(Hardinge Conquest TT65)的产品编程直至后置调试完整过程进行详尽描述,以飨读者。

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图一 YF6 型圆形防雨分离电连接器

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图二 Hardinge Conquest TT65机床


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图三 YF6型电连接器外壳

 

图一为航天电器生产的一款电连接器,图二为其用于生产此类零件的双主轴双刀塔的哈挺TT65机床(Hardinge Conquest TT65),图三为其外壳加载于GibbsCAM软件图形界面。此外壳的形状复杂,配合尺寸精度要求严格,是这类产品的制造重点。其制造难度主要体现在以下两个方面:一为零件加工特征众多,牵涉到零件车削、轴向的铣削和钻孔、径向的圆周铣槽和钻孔、三头螺纹、插槽、滚纹等;二为形状配合尺寸公差要求这类零件要一次装夹成型,避免多次装夹带来行位误差,故应用多主轴多刀塔复合机床进行主副轴传送的连续八面加工,一次成型。

 

一、GibbsCAM多任务车铣复合加工编程

GibbsCAM本身就定位于专为零件加工而打造全面CAM解决方案,其特色的图形用户界面,更符合工艺编程技术人员思维习惯的编程流程,及其涵盖铣削、车削、车铣复合及多任务加工能力,使得GibbsCAM对图二显示的连接器零件编程既简单又高效。诸如车削、轴向与径向的铣削和钻孔以及三头螺纹等,均是GibbsCAM最基础的内容,在这里不再赘述。

针对圆周上的槽型铣削可应用GibbsCAM旋转铣削功能。提取槽型的轮廓线,然后应用几何展开功能,则把槽型轮廓展开成平面轮廓。接下去挖槽编程就同普通的2.5D铣削编程一样,只需要在工艺参数对话框的“旋转”页勾选旋转铣削选项,则刀路轨迹会自动缠绕到圆周面上。圆周上的三部分槽型均布排列,故在“旋转”页拷贝相同的刀路两份,并赋予角度增量为120度即可。通过GibbsCAM的旋转铣削,此类特征的编程得到了极大的简化,让工艺技术人员更直观的获取想要的刀路轨迹。图四为圆周铣槽结果界面。

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图四 应用GibbsCAM旋转铣削进行圆周铣槽界面

 

YF6型电连接器的内壁分布几处矩形槽,需要应用插槽加工工艺。这里说的插槽加工即为主轴和刀具系统均不旋转,完全靠刀具切削刃刮削材料成型。这对软件编程是一个困难,因为所有的软件系统在切削过程中均会设定某方面应用旋转功能——主轴带着坯料旋转则为车削加工,刀具系统旋转则为铣削加工。针对这里所需的插槽加工,则需要变通处理,以达到工艺所需要求。

插槽工艺要求切削量很小(铝料一般为单边0.1mm),在一次切削完毕,退回X方向安全平面,在快速返回Z方向的安全平面,然后进行下一个深度的插槽切削动作。所以从单个槽型的插槽刀路轨迹来看,它等同于对槽底母线的粗镗孔刀路轨迹;但对于圆周分布的多个槽型需要插槽,中间有需要启动C轴联动进行定位。既然应用C轴,则本质上是启动了机床的铣削功能。所以,最终的插槽操作完成是应用粗镗孔的工艺生成刀路轨迹,而需要在后置程序中针对插槽的“粗镗孔”车削操作出“铣削”部分的机床激活指令,并同时关闭车削操作中主轴旋转指令的输出。后置程序的细节处理请参照随后的后置处理程序调试部分的内容。

除了针对较为复杂加工特征的支持,此零件需要使用多主轴多刀塔机床进行一次装夹加工成型,从而保证零件的尺寸和行位精度。GibbsCAM多任务加工(MTM)模块提供包含针对此类机床加工的环境配置、刀具创建、几何配置、切削轨迹编程、机床辅助功能编程、同步管理和机床仿真等全面支持。这里尤其需要提到的是针对机床辅助功能的编程。因为多主轴多刀塔复合加工机床除了提供刀具系统的切削动作之外,还包含诸多可选配于机床的辅助动作,如自动送料/卸料、拔料器控制、可编程控制的尾座或固定支架、副轴与主轴的对接及其带料返回等。GibbsCAM提供一类专门的功用操作(Utility Operation)针对这些辅助动作编程。功用操作在GibbsCAM中性质等同于普通的切削编程操作,可灵活放置其所在位置,并进行合理的后置程序处理输出。图五为GibbsCAM功用操作编程界面。图六为YF6型电连接器零件完整编程在GibbsCAM机床仿真下的界面。

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图五 GibbsCAM功用操作编程

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图六 YF6型电连接器完整编程机床仿真

 

二、GibbsCAM针对双刀塔双主轴机床的后置处理程序调试

航天电器应用Hardinge Conquest TT65机床加工此类零件,此机床拥有两个12把刀位的刀塔和两个主轴,控制系统为Fanuc 18i-T。针对这类双通道设备,对CAM软件的后置处理程序系统提出了非常高的要求。从最初航天电器挑选合适的CAM方案,到后面的实际应用实施,GibbsCAM后置处理程序系统的灵活性和适用性均获得了一致的认可。

由于此机床为双通道控制,又支持两个主轴的加工操作。故后置处理需就上下刀塔和主副轴之间的匹配进行对应功能设定。比如,当应用车削特征时,上刀塔对应主轴或下刀塔对应副轴时应出M69,上刀塔对应副轴或下刀塔对应主轴应出M68,在GibbsCAM的后置程序中设定turnWorkShift子程序:

turnWorkShift:
    IF Equal? ToolGroup# Num#('1')  {如果是上刀塔}
           IF Equal? Spindle# Num#('1') {如果是主轴}
                  'G10P0Z#500M69'
           ELSE {则为副轴}
                  'G10P0Z#501M68'
           END
    ELSE {则为下刀塔}
           IF Equal? Spindle# Num#('1') {如果是主轴}
                         'G10P0Z#500M68'
           ELSE {则为副轴}
                         'G10P0Z#501M69'
           END
    END
RETURN

 

同样,当应用铣削特征时,上刀塔对应主轴或下刀塔对应副轴时应出M60,上刀塔对应副轴或下刀塔对应主轴应出M66,在GibbsCAM的后置程序中设定的millWorkShift子程序的结构类似。还有诸如主轴或动力头启动和冷却启动指令,铣削特征下的M51/M52,车削特征下的M13/M14M213/M214等控制系统针对此台双通道机床而设定的各种特定辅助功能指令,均需按照当前操作所属的刀塔及其主轴属性进行严格配置。

对于插槽工艺的加工要求,也需要在后置处理程序中进行对应的处理。首先,由于软件采用车削的粗镗孔编程工艺生成刀路轨迹,后置处理程序就需要判断软件中出现的粗镗孔操作何时为插槽操作,何时为正常的粗镗孔操作。由于插槽操作本身需屏蔽转速的输出,故可在后置程序设定当一个粗镗孔操作的转速超常时,则此操作为插槽加工。比如此机床车削主轴转速上限为4000RPM,进行插槽加工时,编程人员设定一个超过4000RPM的转速,则后置处理程序则会判断出此操作为插槽加工。后置处理程序中的判断过程为:

IF TurningOp?

    IF GreaterThan? OpStartSpindleRPM# Num#('4000')

    …….

    END

END

插槽操作通过此判断后,后置处理程序就可以在方便的处理在程序之中所需的改变,如为了输出圆周上多槽的C轴定位,则在插槽操作的开始处改变默认的粗镗孔车削启动指令(turnWorkShift)为铣削启动指令(millWorkShift)。槽型所在的C值通过操作注释栏填写,并在每一个插槽动作开始前输出:

IF GreaterThan? OpStartSpindleRPM# Num#('4000')
    SeqLabC RapidC 'C' OperationComment$  EOL
END

 这样插槽操作的后置程序控制就完整具备了其工艺要求。图七为普通车削镗孔和插槽操作的后置处理程序结果对比。左边为上刀塔对副轴部分坯料的镗孔操作,右边为下刀塔对主轴部分坯料的插槽操作。

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图七 普通车削镗孔操作()和插槽操作()后置处理程序结果

 

此机床的后置处理程序还支持Y轴铣削编程(机床上刀塔具有Y轴功能),车削循环指令输出,如粗车循环G71,车螺纹G76等。经实际验证,GibbsCAM后置处理程序完全满足机床运行需要。篇幅所限,在此就不一一展开。


三、结语

在电子元件领域,存在很多高端的加工应用。随着多任务车铣复合加工在国内的普及,相关的CAM方案应用也会得到大家越来越大的关注。CAM方案的应用基本基于两大技术要点:一是CAM软件能涵盖设备所具备的各种加工功能,从而通过CAM软件的应用充分释放工艺编程人员的能力,促进效率的提高;二则是CAM方案及其供应商具备深厚的技术实力,针对各种复杂设备开发出完整全面的后置处理程序,保证从软件到机床的一体化应用的畅通无阻。GibbsCAM作为多任务车铣复合加工领域首屈一指的CAM解决方案,通过在国内一些经典客户的成熟应用,展现出其超强的技术覆盖能力及其在后置处理程序上的灵活性和完整性,成为制造业效率提升的强力引擎。