作者:周义


在零件加工领域,针对合适零件进行多个零件组合加工是一种常见的优化加工工艺。适合这种加工工艺的零件有很多种,一类如零件较小,从坯料尺寸或机床加工范围考虑可以一次加工出多个零件,从而减少装夹次数;还有如一对相互配合的零件,采用组合加工的方式,可自动保证零件产品的数量匹配等。GibbsCAM作为零件加工领域的全面CAD/CAM解决方案,针对多零件组合加工工艺拥有多种特色高效的编程方法,本文即对此进行逐一介绍,以飨读者。

在多零件组合加工编程中,仅针对第一个零件进行常规的刀路轨迹生成,其他相同位置的零件则通过CAM软件提供的各种方式自动套用。针对第一个零件的刀路轨迹编程无需赘述,在把第一个零件的刀路轨迹自动套用到其他位置的零件时,有两个主要的工艺优化控制:第一是针对完整的刀路轨迹,可灵活选择是刀具优先,还是零件优先。刀具优先是同一把刀具加工完组合中的所有零件后,再进入下一把刀的加工;而零件优先则表示先加工完一个零件(有可能需应用多把刀具加工),再进入下一个零件加工,直至加工完组合中的所有零件。很明显,刀具优先方式能减少组合加工中的换刀次数,而零件优先方式则减少了零件间的跳刀次数。第二个优化控制则是对刀路在多零件之间运行进行优化排序,如X轴方向优先、Y轴方向优先及单向或双向循环等。


一、刀路复制转换

刀路复制转换是最简单的一种多零件组合加工处理方式,它采用对已编制的加工操作进行相关的复制转换操作来进行,如平移、旋转、镜像和收缩等。图一为GibbsCAM对已有加工操作进行转换的控制界面。

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图一 GibbsCAM刀具路径转换界面


采用刀路复制转换的方式应对多零件组合加工编程是最普遍的软件处理方式,基本市面上所有CAM软件均支持此项功能。但此方法不理想的地方在于对复制后的刀路轨迹之间的顺序完全依照复制出来的刀路操作顺序决定,控制不便。针对这个问题,GibbsCAM提供了操作管理功能,采用类似于Excel表格的形式,方便用户按照想要的规则进行所有操作的排序功能。图二即为GibbsCAM操作管理中进行操作排序的界面。

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图二 GibbsCAM操作管理操作排序

 

二、样式(Patten)控制自动阵列刀路操作

除了刀路复制转换外,GibbsCAM的第二种控制多零件组合加工的方式是采用样式(Patten)控制。所谓样式,即为GibbsCAM的一个包含一组阵列的点特征的群组。这些点即是用户想要加工的多零件的位置。在编制第一个零件程序时,用户可在编程设置对话框选中样式按钮,并选择设定好的样式群组,则第一个零件编制的这个操作就会自动阵列到样式群组中包含的所有点所代表的零件对应位置。

采用样式控制方式的好处就是它在用户做好阵列的点特征,即表示想要加工的多个零件的位置后,针对第一个零件的编程操作就会自动阵列到想要的地方去,从而使得编制一组零件和编制一个零件达到完全相同的步骤,从而简化用户编程流程。同样,它让多零件位置的修改也带来了很大便利。直接修改样式群组中的点位置,而无需对编制完的程序操作做任何修改就能应用多零件的位置变更或增减。但样式控制的唯一缺点是它依赖每个操作加工全部零件位置,而没法应用零件优先,带来了较多的零件间的跳刀运动。同样,样式控制方式也无法做到对多零件之间的加工顺序进行优化排序。图三为GibbsCAM样式操作界面。

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图三 GibbsCAM样式操作界面

 

三、后置处理控制多零件操作

GibbsCAM后置处理的界面里,也有一个控制多零件操作的选项。如图四所示。

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图四 GibbsCAM后置处理界面的多零件操作控制

 

只要在零件数量栏填入大于1的整数,后置处理则会自动输出按图示设定距离和相应控制的G代码程序。通过间隔(X/Y/Z)设定多零件之间的位置关系,换刀方式控制方式则设定了刀具优先或零件优先。但此种方式的局限性在于它只能做到一维方向的阵列,而且它依然无法对多零件间的加工顺序进行排序优化。

 

四、塔式加工系统专业管理多零件组合加工

GibbsCAM塔式加工系统(Tombstone Management)是一种专业高效的多零件组合加工管理系统。通过此管理系统,不仅可创建单个零件的组合加工,还可针对多个零件(如成对零件)创建组合加工;不仅可创建二维平面(即XY平面)上的组合加工,还可创建针对带B轴旋转工作台的四轴机床的组合加工编程;不仅可控制程序编制的刀具优先或零件优先,还可对零件间的刀路顺序进行优化排序,如X轴优先/Y轴优先、单向/双向/双向+B轴旋转等。图五为GibbsCAM塔式管理系统界面,图六为GibbsCAM针对不同零件并应用B轴旋转的塔式加工仿真界面。

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图五 GibbsCAM塔式加工管理系统


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图六 GibbsCAM塔式加工仿真

应用GibbsCAM塔式加工管理系统也非常简单。用户只需对多零件编程的第一个零件进行程序编制,在完成后启动塔式加工管理系统,设定相应的参数即可。主要的参数如图五所示,在方式栏里设定当前是单个零件或者多个零件的阵列加工;在工件部件栏内设定多零件的尺寸位置及数量,以及多零件之间刀路的顺序优化,如X/Y优先,单向/双向/双向+B的控制;操作群组栏内设定零件加工操作的排列准则,如刀具优先、零件优先或更多的群组控制方式;输出栏控制G代码的输出方式,如子程序输出等。通过塔式加工管理系统,使得多零件组合加工可以达到最便捷的控制和最高的效率。

 

五、结语

本文介绍了在GibbsCAM软件中针对多零件组合加工工艺的几种处理方法。这几种方法所能涵盖的技术能力如表一所示:

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 通过表一可看出,常规的复制转换方式虽然可达到基本的组合加工效果,但其组合的控制完全依赖于手工,容易出错且效率很低。而塔式加工方式则完成支持多零件组合加工的各种技术要求,是最佳的编程选择。