GibbsCAM 软件通过集成同步管理与仿真为多任务车铣复合加工

密密麻麻

& I# k( l0 A: f8 R% _! l4 {GibbsCAM 软件通过集成同步管理与仿真为多任务车铣复合加工
（MTM）机床编程
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9 H9 O, Z+ v* Q( w; {6 w上图为GibbsCAM 模拟森精机NZ 系列机床加工一个螺丝攻。最上图显示的是双主轴三刀塔机床加工
# N! H- V; [. ^4 E- r- h工件。左下图是用下刀塔加工工件的一端，右下图是用副主轴完成这个工件尾部。

, |+ m. g% j  m; z* K' ~! b5 }4 W6 `) }机床制造商们经过周密的规划才会推出精密或复杂零件加工机床。为了快速提高机床生产力，通常机
床商们通过开发或改写适合自己机床的实用性软件，或在推出机床前向CAM 软件商咨询合适解决方案。
森精机美国公司（www.moriseiki.com）就是这样一家机床制造商。该公司经常与其它公司合作，致力
5 M0 V5 _( ~9 u& P# b$ s2 D( W于研发真正满足客户需求的产品，不断追求客户利益最大化。
Nitin Chaphalkar 是森精机NZ 系列机床开发团队负责人，他说：“当我们做一个产品计划时也会把其
) S) u8 a5 O/ f& @它所有我们不能开发的部分考虑进去，但这是一个好的方案所必需的要素。我们需要把这些外部元素考虑
! K0 l3 t# C* G( z7 [+ n% X进来，这样生产出来的产品才更能满足客户的需求，客户才能更有效应用我们的技术。”
森精机公司的芝加哥机床技术实验室(MTL)主要负责为客户提供售后服务与技术支持，森精机公司位
4 C3 m, v3 o! L; ]2 Q# w于加州Sacramento 市的数字技术实验室(DTL)主要负责为与森精机公司合作的CAD/CAM 软件公司提供技
术指导。
森精机公司芝加哥机床技术实验室与软件开发商Gibbs 公司合作，他们确信广受用户欢迎的
GibbsCAM 软件在为森精机NT 和NZ 系列多任务加工机床编程的能力方面优于他们。
上图为GibbsCAM 模拟森精机NZ 系列机床加工一个螺丝攻。最上图显示的是双主轴三刀塔机床加工
工件。左下图是用下刀塔加工工件的一端，右下图是用副主轴完成这个工件尾部。
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Chaphalkar 表示，“如果客户使用功能弱或性能欠佳的CAM 系统，他就不会从机床上获得预期的效益，
7 Q( H! d5 H6 z$ \0 n( e. w最终会把责任归咎于机床，至少在某种程度上会这样认为。大家齐心协力满足客户需求，这就是森精机与
% U& ?8 `1 H. V+ \, e# gGibbs 公司以及其它公司合作的目的。”
森精机NT 系列机床专业工程师Detlef Streichert 说，开发NT 系列机床的目的就是为了让铣削加工保
6 Q+ U4 M9 m9 i+ L  w0 g持相同的功能、性能和轴向行程，并作为同样大小工件加工的标准加工中心，NT 系列机床与同等型号的
车床性能相同。“我们在保证机床全部的多轴车削能力的前提下获得了高达95%的铣削能力，主要是因为
恒定的Y 轴行程控制，以及拥有直流驱动电机的B 轴刀具系统。
NT 系列机床是9 轴配置机床，旨在减少设置，尽可能高效并精确地去除材料—以严密的公差、高品
质的加工和最少的操作步骤制造复杂的多轴零部件。
“此机床功能非常强大，但编程极其复杂，”Streichert 说，“另外，很难找到能充分利用机床优势且车
, n. ~( i+ B# J. v1 P+ Z7 W- c削和铣削能力均强的合适CAM 软件系统。”
Chaphalkar 把NT 与NZ 系列机床做了对比，NZ 系列机床是“高钢性三刀塔的12 轴配置机床，专门用
# J& q, Z+ x* C于大批量生产，给机床上料并运转。NZ 系列机床生产量高，生产能力强。生产周期和机床生产速度对企
: d. ]! d: I/ F. N7 [, y# w业而言至关重要。”
7 t6 V9 `, M( k0 W3 VGibbs 公司应用工程师Andy Heffner 是多任务加工方面的专家，他说Gibbs 公司在森精机公司推出NT
* y" Y0 v6 J5 e9 q" F, a系列机床的初期就开发了专门适用于NT 系列机床的后置处理器，增强了GibbsCAM 为NT 系列机床B 轴
/ P, m7 U& Z$ ~5 X! N4 [' b6 C及旋转刀具主轴的全面编程能力。
GibbsCAM 多任务车铣复合加工（MTM）系统在为森精机NT 系列机床编程方面实力雄厚，可在B 轴
上进行充分的五轴同步运动，包括带有第二个刀具组的下刀塔。Heffner 解释说其它CAM 软件系统面临的
挑战是如何提供一个集成的车铣复合加工界面。其它软件商会使用车削包和铣削包，然后“剪切拼接软件
6 f  k# L. t3 k: U+ h包里的各种操作，希望并祈祷不会发生错误。”
% i) G+ X' y2 y6 q给NZ 系列机床编程更具挑战性，因为NZ 系列机床是用多刀塔生产小零件，通常两个刀塔同时进行，
# k2 }, f* ~/ @, a- B或者三个刀塔同时进行。
“这么多操作同步进行，CAM 系统必须检查干涉，允许使用多种不同加工方法，并可以在刀塔间轻松
( P4 ~6 ^1 |2 G6 j0 h2 M转换各种操作，实现全方位缩短生产周期的要求。”Chaphalkar 补充说，“所有这些，以及精确计算生产周
期，都是对CAM 软件系统的要求。”
' T0 o: G/ f% k% P3 P7 ?Heffner 说，森精机对CAM 软件的要求除了上述几点外还有：1）全面的5 轴同步编程；2）与三刀塔
同步，协调程序；3）提供全面的多用途操作（非切削方面的操作）；4）机床仿真；5）具有一定的预测性，
让NZ 系列机床的生产周期达到最短；6）所有操作都要使用集成的软件。
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9 q: b. b$ a% r, l8 ~Heffner 说GibbsCAM 多任务车铣复合加工（MTM）功能非常强大，具有用上刀塔的X 轴，Y 轴，Z
轴，B 轴和C 轴做多种同步加工的能力，并且车削和铣削一体化。“不仅如此，”他补充说，“我们GibbsCAM
/ e/ ?2 e8 R( n8 G$ K2 R2 A4 F" f$ w2 x多任务车铣复合加工（MTM）还有个优势在于同步管理器，可控制刀具组的同步运行，优化刀塔的同步使
用，使生产周期达到最短。”
当多个刀塔同时运转可能导致碰撞时，可在多任务加工编程中使用同步代码（或等待指令）迫使其中
5 e- l$ b& t: {- c" J9 B0 r一个刀塔停止运转，等待另一个刀塔完成其操作后再继续运转。表面上看似与避免发生碰撞相矛盾，但实
# P6 i9 h  ]1 S际上有效加工需要同步操作最优化。
Heffner 本身就是名经验丰富的手工编程师，他说，手工添加同步代码非常困难。“最为典型的困难就
1 I: E* i; F5 _  o是多重操作，很容易导致操作或位置混乱，扰乱工序。如果你犯了错误，肯定会发生碰撞，”他解释说，“现
( p8 B+ n% L0 e# s6 W9 N% ~& w在，给NZ 系列机床增加第三刀塔，看看会发生什么。”
* a" }' u  I& P0 p6 U, o" Y/ cGibbsCAM 多任务车铣复合加工（MTM）同步管理器一个接一个地显示每个刀塔的操作。当程序员看
3 o3 b. o; J" U9 f到刀塔间存在潜在冲突时，他就用鼠标点击在其中一个操作中添加等待指令，与第二刀塔或第三刀塔相应
对操作的相同指令连接，同时用蓝线标出，非常直观。
/ n$ \( h" M; q9 d7 u5 x0 ]7 cStreichert 说同步和调速控制可优化重叠操作，这是用户的最大受益所在。
“由于要用尽可能多的刀具同步进行加工，这就需要非常灵活的CAM 软件系统，”他说，“特别是双主
5 P7 Y8 {5 p* Q0 J0 I5 G5 T) q轴三刀塔的NZ 系列机床更是需要极为灵活的CAM 软件系统来支持。GibbsCAM 是一款非常好用的同步
加工和优化重叠软件工具。”
有些森精机机床有预防碰撞系统，最先在NT 系列机床中采用，然后是NZ 系列机床和5 轴NMV 系
列加工中心。预防碰撞系统在不到一毫秒的时间内就能从NC 代码中测出可能的刀具位置。预防碰撞系统
如果计算出可能会发生碰撞机床就会自动停止运转。
“这是森精机机床的一大特色，”Streichert 说，“这可以为客户提供最好的帮助，但也并不保证预防系
统就万无一失。预防碰撞功能是CAM 软件系统最为关键的安全要求，随着我们不断地增加更多先进功能，
7 l3 ~  k+ m/ A! F* s这一功能将显得更为重要。”
“GibbsCAM 使用模拟加工渲染功能实现避免干涉和碰撞检测，此功能可动态显示材料如何去除，进行
机床仿真，还能显示程序运行时机械配件的移动情况。”
当Gibbs 公司要添加NT 和NZ 系列机床型号到GibbsCAM 的仿真库时，森精机数字技术实验室(DTL)
提供机床机械配件的实体模型，由于这些实体模型是用来组装机床的，有助于Gibbs 公司在添加这些机床
型号到仿真库时节省时间，并确保精确性。Gibbs 公司把这些实体模型装配成铰接式整机，当他们运行NC
程序时，GibbsCAM 机床仿真功能可以显示机床和移动的机械配件情况。
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合作工程是Gibbs 公司其它方面发展的体现。两年前，Gibbs 公司与森精机及雷尼绍紧密合作，在
2 Z: t/ o- ?1 Q- M! H7 D! qGibbsCAM 软件内专门有一个雷尼绍探头插件，适用于森精机5 轴NMV 系列机床。2008 年森精机公司准
备推出NZ 系列机床时，Gibbs 公司为参加国际机床制造技术展览会IMTS 的森精机公司编程做了三个样品
, o  [* i' T" H零件。
Nitin Chaphalkar 拿最近的一个项目举例说明。“与肯纳刀具合作的结果就是，我们在NL、NT 和NZ
系列机床的直流驱动电机上使用的是嵌入式旋压刀具，这也是与Gibbs 公司及其它CAM 软件公司长期合
  t$ X( \8 l* c9 b4 I# |+ Q! x$ p7 E# k作的项目。这种合作理念非常新，CAM 软件和后置处理程序需要不断更新。合作工程这个项目和优化生
1 V2 }: u' `- }* e( A4 [( P3 w产周期项目都是森精机公司的重点及长期发展项目。”

高效生产和安全使用多任务加工机床需要优化刀具数量，合理配置刀具，使其同时运行时不会发生碰撞。
8 f7 @7 C9 P$ P& R1 h" g要达到最佳加工工艺的多刀塔同步控制，实现最短的产品生产周期，确保安全性生产，如果没有功能强大
& Q" H* T5 I2 [: C9 b4 G的CAM 软件辅是很难实现的。GibbsCAM MTM 车铣复合多任务加工软件在同一个用户界面集成了车削和铣削功能，
简化编程，同时一体化的同步控制管理器可进行多刀塔同步控制。GibbsCAM 软件对每个刀塔进行单独操作，
7 n" z  L& O4 m1 v$ i9 R' U按照时间表一个接一个地显示路径或流程。操作可以从一个刀塔转移动到另一个刀塔进行，或者在每个流程内转移，
优化重叠操作，同时实现全方位缩短生产周期。GibbsCAM MTM在程序内添加一致的同步代码，
% t3 @  ?) B- B! p  g$ y8 c8 l4 F显示同步操作以及那些需要等待其它刀塔完成后再继续进行的操作。带箭头的蓝线显示的是同步操作运行情况。
$ d7 x- ]1 n! n5 a+ z, S4 R4 D黄色显示的是选择性操作，表示在第一刀塔和第二刀塔上进行的操作必须在第三刀塔开始前完成。