復合加工技術與常規數控加工工藝相比有明顯優勢：①縮短產品制造工藝鏈，減少了生產輔助時間，同時也減少了工裝卡具制造周期和等待時間，提高了生產效率;②減少裝夾次數，避免了由于定位基準轉化而導致的誤差積累，提高了加工精度;③盡管完整加工機床的單臺設備價格較高，但由于過程鏈的縮短和設備數量的減少，車間占地面積和設備維護費用也隨之減少，從而降低了總體固定資產的投資、生產運作和管理的成本;④把加工任務交給一個工作崗位，這樣不僅使生產管理和計劃調度簡化，而且透明度明顯提高，無需復雜的計劃系統就能夠迅速解決所發生的事情并使之優化。

    因此復合加工是機械加工的發展方向之一，也是數控設備發展的一個主要方向。在多種復合加工領域中，車銑復合加工是目前發展最完善的一個領域。近年來，車銑復合加工中心在我國飛機、航空發動機以及附件廠等航空制造廠家都有引進。

    車銑復合加工中心實際上相當于一條生產線，工序集中是其最為鮮明的工藝特點。這對數控編程技術提出了更高的要求，車銑復合加工工藝種類繁雜，要掌握數控車削、多軸銑削和數控鉆孔等多種加工方式的編程，還要對工序間的銜接與進退刀方式準確界定。車銑復合加工程序編制過程中，串并行順序的確定必須嚴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，要實現高效的復合加工，應該發展工藝、軟件編程和計算機仿真一體化的工藝解決方案。

    5軸車銑復合技術集成了現代先進控制技術、精密測量技術和CAD/CAM應用技術的先進機械加工技術。其工藝范圍之廣和能力之強，已成為當今復合加工機床的佼佼者，是世界范圍內最先進的機械加工設備之一。5軸車銑復合技術的先進理念是提高產品質量和縮短產品制造周期。這種技術在軍工、航空、航天、船舶以及一些民用工業領域中的應用具有相當的優勢，尤其在航空航天領域對一些形狀復雜的異形零件的加工更具優勢。

1 GibbsCAM軟件車銑復合功能簡述

    車銑復合機床的發展，也對CAM軟件提出了更多的要求，復雜的車銑復合設備用傳統的手工編程是很難實現的，并且效率很低。很多傳統的以銑削為發展方向的CAM軟件也無法完成這種類型的編程。目前國內許多CAD/CAM軟件用戶對軟件的應用只停留在CAD模塊上，對CAM模塊的應用效率不高。其中一個非常關鍵的原因，就是沒有配備專用的后置處理器，或只配備了通用后置處理器，而沒有根據數控機床的特點進行必要的二次開發，由此生成的代碼還需人工做大量地修改，嚴重影響了CAM模塊的應用效果。

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

    GibbsCAM是Cimatron公司的一款面向工件加工的CAM軟件，為車銑復合領域提供了CAM加工方案：除了數控車銑復合之外，還支持2軸到5軸的銑削、車削和聯動銑削多任務加工和線切割，其操作模式和我們的工藝習慣非常一致。用戶可在同一界面下建構幾何圖形、設定刀具、產生刀具路徑、路徑模擬、設定后處理及輸出優化的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、安全區域、進退刀、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床仿真功能。

2 零件加工策略實例

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

圖3 零件實體圖

     (1)零件的外圓曲面和槽的加工，用車銑復合加工中心的車削和銑削實現，這部分操作相對常見，筆者在此不再贅述。

     (2)立銑刀側刃加工錐面策略：單邊曲線選擇為錐面底部黑色輪廓線，驅動曲面為黃色側壁，干涉面為底部棕紅色面，具體設置如圖4所示。

圖4 立銑刀側刃加工錐面策略

     加工錐面刀軸控制策略：刀軸策略設置相對于切削方向傾斜，此選項可以根據需要分別設置刀具的前傾角和側傾角。我們要求用側刃銑削錐面，所以設置側傾角為90°，即側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

     安全平面設置為“圓柱面”，如圖6所示。

圖6 安全平面設置

     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，驅動曲面為黃色槽底面，棕紅色面為干涉面，以避免延伸刀路過切突出部位，如圖8所示。

圖8 鍵槽加工策略

    加工鍵槽刀軸控制策略：由于側壁沒有拔模角度，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動曲面。此加工采用D14刀具，設置側邊移動為“-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。車銑復合加工由于工藝方法復雜、運動部件多等原因，對后置處理軟件及技術提出了更高的要求，如不同工序間的銜接運動要求嚴格準確，需要對工藝順序和數控程序進行自動判定，涉及不同加工方式的后置處理技術，非切削功能的處理和調用等。

    GibbsCAM專門定制了機床定義文件MDD(MachineDefinitionDocuments)和VMM文件對軟件編程環境做了控制，使得后置處理具有了針對不同機床的很強的專業性。具體地，當程序編好后，頂層面板上的后置處理器便會被激活，點擊“后置處理器”按鈕，系統會彈出后處理對話框，點擊“后處理”按鈕，選擇相應的機床后置處理文件，再點擊“輸出檔案”按鈕，指定存儲NC程序位置，選中“程序”按鈕，則該零件的NC程序便可自動生成。

    車銑復合加工由于運動部件多、功能復雜，程序編制完成后的加工仿真就顯得尤為重要。GibbsCAM軟件用戶可根據自己實際的機床結構和參數自行創建機床，進行機床仿真，并結合同步管理器，調整程序，使多刀塔多主軸的程序以最優化、最可靠的方式同步運動，避免加工過程中發生碰撞，確保安全加工。

3 結語

    目前的復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展。基于CAM軟件的5軸車銑復合加工將會有更為廣闊的發展和應用空間。在競爭激烈的現代制造行業中，合理地利用CAM軟件進行復合加工，能夠大大縮短輔助加工時間，提高機床利用率。