基于GibbsCAM的数控铣床精确刻字技术研究

李志虎

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳 550009)

刻字主要用于零件产品型号、批次号、生产厂家和日期等标识。最早的刻字方式有雕刻、压印，对要求不高的零件还有手工刻字等。现在市面上也有精确刻字的专用设备——雕刻机，但是针对目前市场的小批量多品种，专用设备的成本太高，采用五轴机床基于UG等大型软件的建模编程加工的方法等也只适合大型企业，一般企业也很少应用。

对于中小企业来说，三轴数控铣床运用Master-CAM、CAXA制造工程师等软件编程相对都容易实现，在国内应用也较为广泛。采用三轴数控铣床刻字的方法在国内也有研究并在实践中得到应用。然而，随着产品技术要求的不断提高，刻字也由最初的单行文本变为多行文本。且随着产品零件的精密化发展，刻字字体大小和间距在一定程度上也受到了限制和约束，精确刻字技术也日渐被生产制造部门所需求。

1 问题描述

我公司早在3年前就已经通过自制刻字专用铣刀(直径为0.1 mm)，实现并掌握了基于CAM软件编程三轴数控铣床的刻字技术。但是主要是针对单行文本或是简单的字符刻字，而且对刻字的字体要求不高。

近日某型号零件的多行文本刻字加工时发现，多行刻字获取的字体大小与设计图纸理论空间间距差异明显。实际测量字高和行间距比理论的字高和行间距都大，例如:字高要求为8 mm，行间距为10 mm的多行文本，其实际测量的字高为10.79 mm，行间距为12.65 mm，偏差超过2.5 mm。为了加工出符合图纸要求的文字，本文通过模型的建立结合实际加工验证的方式，对问题产生的机理进行分析研究，寻求解决刻字高度与理论值不一致的方案。

经重新建模并反复比对，发现并非模型输入设置错误。而是与编程软件非国产有关，虽然现在很多软件都支持汉字输入和编程。但在有汉字输入时，不同软件有不同的表现形式，如MasterCAM软件中，纯字母输入、纯数字输入、纯汉字输入等不同的文本输入方式得到的最终文字高度差异明显，且不能实现多行文本的同时输入。采用GibbsCAM软件实际输出的字体高度与理论字体高度之间也存在着某种线性关系。

基于上述现象，本文通过模型的建立与标注和实际加工测量验证相结合的方式，研究基于GibbsCAM软件建模编程刻字加工对汉字精确标刻的影响规律。

2 GibbsCAM的文字建模

在GibbsCAM软件中，文字建构模块内容较为丰富，一次输入文本可以得到多行文本，同时，还能通过改变文字对齐方式获取水平文字、垂直文字以及文字在圆弧上等3种形态的样式布局，如图1所示。

采用GibbsCAM软件构建的文字，其外形全部由线框轮廓组成，内部为空心腔，便于刻字的实体字形以及轮廓字形两种选择需求，非常适合实际编程加工的应用需求。

应用GibbsCAM构建文字操作也非常简单，可以直观地输入文本的确切位置以及限定其在零件上的表现形式，操作如图2所示;对于多个单词，多行文本，还能进行行间距和字符间距的设置，如图3所示。

基于GibbsCAM软件建模的多行文本可以实现多行统一设置。但是有汉字输入后，通过GibbsCAM软件的尺寸测量，按照上述参数获取的文本，其实际获取模型的数值如图4所示。字高为5 mm，实际得到的汉字高度值为6.74 mm;行间距理论值为2 mm，实际测量的结果约为4.4 mm;也即有汉字的文本输出结果与理论值差别很大。只有摸清了其具体的变化规律，才能加工出符合实际设计需求的产品。为此笔者对基于GibbsCAM软件文字建模进行了试验数据验证分析。

3 GibbsCAM软件建模的数据分析

为了摸索出GibbsCAM软件建模编程具体的尺寸变化规律，并应用于指导现场工件的加工。笔者通过改变文字理论高度、多行文本的字符间距，获取了多组理论高度与实际测量高度的数据，并通过分析汇总，得出GibbsCAM软件刻字时理论字高与实际高度的数据(表1)并通过分析得出关系图(图5)，以及行间距与字高和理论行间距的关系图(图6)。

图5即为不同的字高对应理论高度与实际高度的关系，通过分析得出实际值与理论值呈线性比例关系。也即实际的文字高度比理论的文字高度要大，其变化规律遵循线性比例函数关系;图6显示为行间距对应的不同的字体高度之间的关系，其变化规律也遵循线性关系。

4 结语

鉴于上述研究分析规律，重新测算实际加工所需的数据，重新建模并通过软件生成程序应用于实物加工进行复验。得出的结论如下:

(1)GibbsCAM软件可快速有效地处理各种形态的文字刻字编程工作，非常适合数控机床上加工有刻字需求的零件;对于精度要求高的刻字也非常适合。

(2)采用CAM软件进行含有汉字的建模时，其字体的大小和行间距会随着软件内核运算方式的不同与实际需求产生差异;对于精确刻字的零件应验算实际字体的大小。

(3)基于GibbsCAM软件的多文本刻汉字时，字高和行间距遵循上文图5、图6研究所得的线性关系式(1)和(2)，应依据式(1)和设计文件的字高要求先计算出理论文字高度X，再依据式(2)和之前所求的X值计算出理论的行间距A。这样加工出来的字体符合GB/T14691－93《技术制图 字体》要求，可满足和实现精确刻字技术要求。

［1］温后珍，孟碧霞.基于三轴数控铣床的模具曲面刻字方法［J］.机床与液压，2011.20(6).