复合加工技术与常规数控加工工艺相比有明显优势：①缩短产品制造工艺链，减少了生产辅助时间，同时也减少了工装卡具制造周期和等待时间，提高了生产效率;②减少装夹次数，避免了由于定位基准转化而导致的误差积累，提高了加工精度;③尽管完整加工机床的单台设备价格较高，但由于过程链的缩短和设备数量的减少，车间占地面积和设备维护费用也随之减少，从而降低了总体固定资产的投资、生产运作和管理的成本;④把加工任务交给一个工作岗位，这样不仅使生产管理和计划调度简化，而且透明度明显提高，无需复杂的计划系统就能够迅速解决所发生的事情并使之优化。

    因此复合加工是机械加工的发展方向之一，也是数控设备发展的一个主要方向。在多种复合加工领域中，车铣复合加工是目前发展最完善的一个领域。近年来，车铣复合加工中心在我国飞机、航空发动机以及附件厂等航空制造厂家都有引进。

    车铣复合加工中心实际上相当于一条生产线，工序集中是其最为鲜明的工艺特点。这对数控编程技术提出了更高的要求，车铣复合加工工艺种类繁杂，要掌握数控车削、多轴铣削和数控钻孔等多种加工方式的编程，还要对工序间的衔接与进退刀方式准确界定。车铣复合加工程序编制过程中，串并行顺序的确定必须严格按照工艺路线确定，必须综合考虑多通道并行加工程序的编制。因此，要实现高效的复合加工，应该发展工艺、软件编程和计算机仿真一体化的工艺解决方案。

    5轴车铣复合技术集成了现代先进控制技术、精密测量技术和CAD/CAM应用技术的先进机械加工技术。其工艺范围之广和能力之强，已成为当今复合加工机床的佼佼者，是世界范围内最先进的机械加工设备之一。5轴车铣复合技术的先进理念是提高产品质量和缩短产品制造周期。这种技术在军工、航空、航天、船舶以及一些民用工业领域中的应用具有相当的优势，尤其在航空航天领域对一些形状复杂的异形零件的加工更具优势。

1 GibbsCAM软件车铣复合功能简述

    车铣复合机床的发展，也对CAM软件提出了更多的要求，复杂的车铣复合设备用传统的手工编程是很难实现的，并且效率很低。很多传统的以铣削为发展方向的CAM软件也无法完成这种类型的编程。目前国内许多CAD/CAM软件用户对软件的应用只停留在CAD模块上，对CAM模块的应用效率不高。其中一个非常关键的原因，就是没有配备专用的后置处理器，或只配备了通用后置处理器，而没有根据数控机床的特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需人工做大量地修改，严重影响了CAM模块的应用效果。

图1 GibbsCAM软件曲面路径加工策略  

图2 GibbsCAM软件5轴刀轴控制选项

    GibbsCAM是Cimatron公司的一款面向工件加工的CAM软件，为车铣复合领域提供了CAM加工方案：除了数控车铣复合之外，还支持2轴到5轴的铣削、车削和联动铣削多任务加工和线切割，其操作模式和我们的工艺习惯非常一致。用户可在同一界面下建构几何图形、设定刀具、产生刀具路径、路径模拟、设定后处理及输出优化的NC程序。GibbsCAM软件的5轴曲面路径加工策略如图1所示，5轴多样化的刀轴控制如图2所示。其可控制加工工艺的刀轴方向、安全区域、进退刀、层间或行间连接、避免碰撞和干涉等。能满足典型5轴零件的加工，并拥有零件切削仿真和机床仿真功能。

2 零件加工策略实例

     某工件实体图如图3所示。其中黄色区域的键槽和锥面部分，我们将采用5轴策略加工。

图3 零件实体图

     (1)零件的外圆曲面和槽的加工，用车铣复合加工中心的车削和铣削实现，这部分操作相对常见，笔者在此不再赘述。

     (2)立铣刀侧刃加工锥面策略：单边曲线选择为锥面底部黑色轮廓线，驱动曲面为黄色侧壁，干涉面为底部棕红色面，具体设置如图4所示。

图4 立铣刀侧刃加工锥面策略

     加工锥面刀轴控制策略：刀轴策略设置相对于切削方向倾斜，此选项可以根据需要分别设置刀具的前倾角和侧倾角。我们要求用侧刃铣削锥面，所以设置侧倾角为90°，即侧刃始终保持与锥面平行，如图5所示。

图5 加工锥面刀轴控制策略

     安全平面设置为“圆柱面”，如图6所示。

图6 安全平面设置

     刀路仿真如图7所示。

图7 刀路仿真

    (3)另一锥面采用同上的加工策略。

    (4)加工键槽策略：采用平行于曲线的铣削，单边曲线选择为键槽底部黑色轮廓线，驱动曲面为黄色槽底面，棕红色面为干涉面，以避免延伸刀路过切突出部位，如图8所示。

图8 键槽加工策略

    加工键槽刀轴控制策略：由于侧壁没有拔模角度，因此采用“保持法向于曲面”，即刀轴始终保持垂直于所选择的驱动曲面。此加工采用D14刀具，设置侧边移动为“-7”(刀半径)，否则刀具中心将落在键槽底部的黑色轮廓线上，造成过切零件，如图9所示。

图9 加工键槽刀轴控制策略

    (5)其他键槽均采用此方法，生成轨迹和刀路仿真如图10。

图10 生成轨迹和刀路仿真

    (6)后置处理和加工仿真。车铣复合加工由于工艺方法复杂、运动部件多等原因，对后置处理软件及技术提出了更高的要求，如不同工序间的衔接运动要求严格准确，需要对工艺顺序和数控程序进行自动判定，涉及不同加工方式的后置处理技术，非切削功能的处理和调用等。

    GibbsCAM专门定制了机床定义文件MDD(MachineDefinitionDocuments)和VMM文件对软件编程环境做了控制，使得后置处理具有了针对不同机床的很强的专业性。具体地，当程序编好后，顶层面板上的后置处理器便会被激活，点击“后置处理器”按钮，系统会弹出后处理对话框，点击“后处理”按钮，选择相应的机床后置处理文件，再点击“输出档案”按钮，指定存储NC程序位置，选中“程序”按钮，则该零件的NC程序便可自动生成。

    车铣复合加工由于运动部件多、功能复杂，程序编制完成后的加工仿真就显得尤为重要。GibbsCAM软件用户可根据自己实际的机床结构和参数自行创建机床，进行机床仿真，并结合同步管理器，调整程序，使多刀塔多主轴的程序以最优化、最可靠的方式同步运动，避免加工过程中发生碰撞，确保安全加工。

3 结语

    目前的复合加工装备正朝着更大工艺范围、更高效率、大型化以及模块化的方向发展。基于CAM软件的5轴车铣复合加工将会有更为广阔的发展和应用空间。在竞争激烈的现代制造行业中，合理地利用CAM软件进行复合加工，能够大大缩短辅助加工时间，提高机床利用率。