基于GibbsCAM的數(shù)控銑床精確刻字技術(shù)研究

李志虎

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽 550009)

刻字主要用于零件產(chǎn)品型號、批次號、生產(chǎn)廠家和日期等標(biāo)識。最早的刻字方式有雕刻、壓印，對要求不高的零件還有手工刻字等。現(xiàn)在市面上也有精確刻字的專用設(shè)備——雕刻機(jī)，但是針對目前市場的小批量多品種，專用設(shè)備的成本太高，采用五軸機(jī)床基于UG等大型軟件的建模編程加工的方法等也只適合大型企業(yè)，一般企業(yè)也很少應(yīng)用。

對于中小企業(yè)來說，三軸數(shù)控銑床運(yùn)用Master-CAM、CAXA制造工程師等軟件編程相對都容易實(shí)現(xiàn)，在國內(nèi)應(yīng)用也較為廣泛。采用三軸數(shù)控銑床刻字的方法在國內(nèi)也有研究并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。然而，隨著產(chǎn)品技術(shù)要求的不斷提高，刻字也由最初的單行文本變?yōu)槎嘈形谋尽Ｇ译S著產(chǎn)品零件的精密化發(fā)展，刻字字體大小和間距在一定程度上也受到了限制和約束，精確刻字技術(shù)也日漸被生產(chǎn)制造部門所需求。

1 問題描述

我公司早在3年前就已經(jīng)通過自制刻字專用銑刀(直徑為0.1 mm)，實(shí)現(xiàn)并掌握了基于CAM軟件編程三軸數(shù)控銑床的刻字技術(shù)。但是主要是針對單行文本或是簡單的字符刻字，而且對刻字的字體要求不高。

近日某型號零件的多行文本刻字加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，多行刻字獲取的字體大小與設(shè)計(jì)圖紙理論空間間距差異明顯。實(shí)際測量字高和行間距比理論的字高和行間距都大，例如:字高要求為8 mm，行間距為10 mm的多行文本，其實(shí)際測量的字高為10.79 mm，行間距為12.65 mm，偏差超過2.5 mm。為了加工出符合圖紙要求的文字，本文通過模型的建立結(jié)合實(shí)際加工驗(yàn)證的方式，對問題產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析研究，尋求解決刻字高度與理論值不一致的方案。

經(jīng)重新建模并反復(fù)比對，發(fā)現(xiàn)并非模型輸入設(shè)置錯(cuò)誤。而是與編程軟件非國產(chǎn)有關(guān)，雖然現(xiàn)在很多軟件都支持漢字輸入和編程。但在有漢字輸入時(shí)，不同軟件有不同的表現(xiàn)形式，如MasterCAM軟件中，純字母輸入、純數(shù)字輸入、純漢字輸入等不同的文本輸入方式得到的最終文字高度差異明顯，且不能實(shí)現(xiàn)多行文本的同時(shí)輸入。采用GibbsCAM軟件實(shí)際輸出的字體高度與理論字體高度之間也存在著某種線性關(guān)系。

基于上述現(xiàn)象，本文通過模型的建立與標(biāo)注和實(shí)際加工測量驗(yàn)證相結(jié)合的方式，研究基于GibbsCAM軟件建模編程刻字加工對漢字精確標(biāo)刻的影響規(guī)律。

2 GibbsCAM的文字建模

在GibbsCAM軟件中，文字建構(gòu)模塊內(nèi)容較為豐富，一次輸入文本可以得到多行文本，同時(shí)，還能通過改變文字對齊方式獲取水平文字、垂直文字以及文字在圓弧上等3種形態(tài)的樣式布局，如圖1所示。

采用GibbsCAM軟件構(gòu)建的文字，其外形全部由線框輪廓組成，內(nèi)部為空心腔，便于刻字的實(shí)體字形以及輪廓字形兩種選擇需求，非常適合實(shí)際編程加工的應(yīng)用需求。

應(yīng)用GibbsCAM構(gòu)建文字操作也非常簡單，可以直觀地輸入文本的確切位置以及限定其在零件上的表現(xiàn)形式，操作如圖2所示;對于多個(gè)單詞，多行文本，還能進(jìn)行行間距和字符間距的設(shè)置，如圖3所示。

基于GibbsCAM軟件建模的多行文本可以實(shí)現(xiàn)多行統(tǒng)一設(shè)置。但是有漢字輸入后，通過GibbsCAM軟件的尺寸測量，按照上述參數(shù)獲取的文本，其實(shí)際獲取模型的數(shù)值如圖4所示。字高為5 mm，實(shí)際得到的漢字高度值為6.74 mm;行間距理論值為2 mm，實(shí)際測量的結(jié)果約為4.4 mm;也即有漢字的文本輸出結(jié)果與理論值差別很大。只有摸清了其具體的變化規(guī)律，才能加工出符合實(shí)際設(shè)計(jì)需求的產(chǎn)品。為此筆者對基于GibbsCAM軟件文字建模進(jìn)行了試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析。

3 GibbsCAM軟件建模的數(shù)據(jù)分析

為了摸索出GibbsCAM軟件建模編程具體的尺寸變化規(guī)律，并應(yīng)用于指導(dǎo)現(xiàn)場工件的加工。筆者通過改變文字理論高度、多行文本的字符間距，獲取了多組理論高度與實(shí)際測量高度的數(shù)據(jù)，并通過分析匯總，得出GibbsCAM軟件刻字時(shí)理論字高與實(shí)際高度的數(shù)據(jù)(表1)并通過分析得出關(guān)系圖(圖5)，以及行間距與字高和理論行間距的關(guān)系圖(圖6)。

圖5即為不同的字高對應(yīng)理論高度與實(shí)際高度的關(guān)系，通過分析得出實(shí)際值與理論值呈線性比例關(guān)系。也即實(shí)際的文字高度比理論的文字高度要大，其變化規(guī)律遵循線性比例函數(shù)關(guān)系;圖6顯示為行間距對應(yīng)的不同的字體高度之間的關(guān)系，其變化規(guī)律也遵循線性關(guān)系。

4 結(jié)語

鑒于上述研究分析規(guī)律，重新測算實(shí)際加工所需的數(shù)據(jù)，重新建模并通過軟件生成程序應(yīng)用于實(shí)物加工進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。得出的結(jié)論如下:

(1)GibbsCAM軟件可快速有效地處理各種形態(tài)的文字刻字編程工作，非常適合數(shù)控機(jī)床上加工有刻字需求的零件;對于精度要求高的刻字也非常適合。

(2)采用CAM軟件進(jìn)行含有漢字的建模時(shí)，其字體的大小和行間距會(huì)隨著軟件內(nèi)核運(yùn)算方式的不同與實(shí)際需求產(chǎn)生差異;對于精確刻字的零件應(yīng)驗(yàn)算實(shí)際字體的大小。

(3)基于GibbsCAM軟件的多文本刻漢字時(shí)，字高和行間距遵循上文圖5、圖6研究所得的線性關(guān)系式(1)和(2)，應(yīng)依據(jù)式(1)和設(shè)計(jì)文件的字高要求先計(jì)算出理論文字高度X，再依據(jù)式(2)和之前所求的X值計(jì)算出理論的行間距A。這樣加工出來的字體符合GB/T14691－93《技術(shù)制圖 字體》要求，可滿足和實(shí)現(xiàn)精確刻字技術(shù)要求。

［1］溫后珍，孟碧霞.基于三軸數(shù)控銑床的模具曲面刻字方法［J］.機(jī)床與液壓，2011.20(6).