朱雪明

（江漢大學工程訓練中心，湖北武漢430056）

立體車模的三軸數(shù)控加工

朱雪明

（江漢大學工程訓練中心，湖北武漢430056）

在實際加工中，三軸加工中心的使用范圍多為單一坐標系內的零件加工，而對于連續(xù)復雜曲面的加工，多使用五軸加工中心來完成。在現(xiàn)有設備條件下，以某型轎車模型的加工為例，對三軸加工中心加工連續(xù)復雜曲面的加工工藝進行了探索。擴展了設備的使用范圍，并對于加工中可能遇到的一些問題提出了解決思路。

三軸數(shù)控加工；六面體加工；數(shù)控加工工藝；定位基準

0 引言

隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，三維空間中的連續(xù)復雜曲面加工多用五軸或更高級的數(shù)控機床完成［1］。但結合我國制造業(yè)的實際裝備情況，在三軸加工中心的保有量仍然很大的情況下［2］，如何利用三軸數(shù)控機床來加工三維空間中的連續(xù)復雜曲面是值得探索的。

筆者通過對某一轎車模型的加工，對三軸加工中心加工連續(xù)復雜曲面工件的數(shù)控加工工藝進行了深入探討，利用三維軟件建模與CAM軟件編程相結合的方法，編制出實用的加工程序。在保證加工精度與加工效率的前提下，充分利用了現(xiàn)有設備，降低了制造成本。

1 問題及解決思路

現(xiàn)階段，利用三軸數(shù)控機床加工復雜曲面大致有以下幾點問題：

1）三軸加工中心可加工簡單的曲面，如模具型腔、豎直曲面等。但由于可控軸數(shù)少，一般只能完成一個坐標平面的加工［3］。

2）當使用三軸加工中心加工空間復雜曲面時，為保證基準統(tǒng)一，多使用額外的定位基準，導致材料尺寸較大，浪費材料，增加加工時間，且加工基準不易清除［4］。

3）復雜曲面的數(shù)控加工存在一定的加工誤差。曲面間的圓滑過渡較難控制［5］。

針對以上問題，筆者提出了以下幾點思路：

1）通過多次裝夾來拓展三軸加工中心的加工范圍，并通過選擇合適的加工基準來保證加工零件的質量。

2）通過制定合理的工藝，直接在工件上設定定位基準，并在CAM軟件中對相關基準進行轉換以保證加工基準的統(tǒng)一。

3）制定合理的工藝路線，選擇合理的加工參數(shù)，通過對加工過程的控制來提高加工零件的精度。

2 零件及工藝分析

車模成型尺寸為：217.67 mm×100 mm×77.57 mm，加工材料為鋁塊。由于在加工過程中毛坯需要經過多次翻轉，為了保證加工位置的相對不變，每個加工面的加工基準選擇就尤為重要。

零件的加工示意圖如圖1所示。

圖1 加工面示意圖Fig.1Processing surfaces of the car model

考慮到零件需要進行多次裝夾，所以在編制加工工藝時需要考慮到以下幾點問題，否則會出現(xiàn)加工無法進行的情況。

1）保證零件能夠被裝夾。如在加工車模底面前如果加工了車模頂面，就會導致裝夾底面為弧面，無法保證工件裝夾水平。

2）保證加工基準能被選中。如先加工車頭和車尾，則會在加工車模底面時因為無法找到加工基準各軸坐標值而無法加工。

3）保證各曲面間的圓滑過渡。由于毛坯有一定的余量，則必須在制定加工工藝時考慮工序間的余量問題，否則就會導致工件成品各曲面間無法圓滑過渡。

綜上所述，加工順序如圖2所示，加工夾具采用平口鉗裝夾。

圖2 加工面順序圖Fig.2Sequence ofprocessingsurfaces

3 加工工藝及毛坯尺寸的確定

材料毛坯尺寸選擇為：250 mm×105 mm×105 mm，粗加工尺寸230 mm×100 mm×100 mm?？紤]到機械加工的經濟性，零件的粗加工選擇普通立式銑床完成。同時，作為后續(xù)加工的粗加工基準，必須對粗加工零件提出尺寸公差及形位公差要求。

加工過程中無論工件如何翻轉，各工件坐標系的原點均定在工件上表面的幾何中心。如：加工A面時，工件坐標系的X、Y向原點取A面長和寬的中值，Z向原點在A面上。

在加工中，各面裝夾均采用當前加工面朝上，對立面為裝夾基準面，相鄰面為裝夾面的方式。如：加工車模底面（F面）時，F(xiàn)面朝上，以A面為基準，裝夾C、E面。需要注意的是，當加工車模頂面（A面）時，由于前工序已將C、E兩側面加工，故選用車模底座兩側面為裝夾面。

考慮到加工材料為鋁，雖然其材料有切削性能好、零件成型后表面光潔度好等特點，但由于其材料本身韌性及延展性能強，加工中也存在不容易斷屑等問題。如處理不好則在加工中極易出現(xiàn)“纏刀”、“崩刀”等情況。為此在加工中使用的銑刀均為鋁專用銑刀，并配以牌號為MCF9501的鋁專用切削液不間斷沖刷切削過程中產生的廢屑。

為保證加工精度，各工序加工均分為粗加工、半精加工、精加工等幾個工步。在加工過程中，根據(jù)不同的情況共選擇不同加工刀具9只，其中有立銑刀4支，球頭銑刀3支，鉆頭1支，雕刻刀1支。最大尺寸16 mm，最小尺寸0.1 mm。各工步加工刀具切削用量見表1。

表1 刀具切削用量表Tab.1Parameters of cutters

4 三維建模及加工軌跡的生成

零件的三維建模使用的是SolidWorks軟件，生成加工軌跡使用的是Mastercam軟件。由于不同CAD/CAM軟件間的文件格式并不相同，為了保證數(shù)據(jù)轉換的完整性，三維模型由SolidWorks軟件編輯完成后可以保存為STEP格式以便Mastercam軟件讀取相關數(shù)據(jù)。

在刀路軌跡的生成過程中，對于簡單的輪廓粗加工選擇外形加工配合設定加工深度的方法，選擇曲面粗加工挖槽或曲面粗加工等高外形的方式對曲面外形進行粗加工。選擇曲面精加工等高外形或曲面精加工平行銑削的方式進行曲面的精加工。選擇外形銑削的方式對車燈、引擎蓋等部位進行加工［6］。

設計加工流程見圖3，仿真加工效果見圖4。

5 完成加工

加工過程見圖5，車模成品見圖6。

6 結語

由于設備的局限性，三軸加工中心多是加工單一坐標系內的平面或曲面零件。此次通過加工車模，嘗試在三軸加工中心中通過多次裝夾來完成空間立體零件的加工。實踐證明，如果在加工過程中

控制好各加工基準的轉換，各曲面間就不會出現(xiàn)錯位的現(xiàn)象，零件也能夠達到質量要求。由此說明，只要能夠編制正確的工藝文件，傳統(tǒng)設備的加工范圍也能有新的突破。

圖3 設計加工流程圖Fig.3Flowchart of design

圖4 仿真加工效果圖Fig.4Simulation of each machined surface

圖5 車模加工過程Fig.5Processing course of the car model

圖6 車模成品Fig.6Finished car model

（References）

［1］吳文英，鐘建琳，楊慶東.高性能加工中心的發(fā)展研究［J］.機械設計與制造，2010(11)：251-253.

［2］盧耀暉，周繼偉，肖令，等.三軸加工中心工作范圍的拓展方案［J］.機械設計與制造，2009(7)：176-177.

［3］廖效果.數(shù)控技術［M］.武漢：科學技術出版社，2000.

［4］溫雪巖，王雨婷，吳曉峰，等.數(shù)控加工技術在難加工類零件上的應用［J］.林業(yè)機械與木工設備，2014，42（2）：4-8.

［5］蘭松云.復雜曲面數(shù)控加工誤差研究［J］.中國高新技術企業(yè)，2013（13)：27-28.

［6］劉鐵濤，閆伍平.Mastercam X4數(shù)控加工基礎與典型范例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

（責任編輯：陳曠）

Three Axis Numerical Control Processing for Solid Car Model

ZHU Xueming
（Engineer Training Center，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

In actual processing，three axis processing center are usually used to process spare parts which have surfaces within single coordinate，while five axis processing center are used to produce spare parts containing continuous complex curved surfaces.With the existing equipments，taking a certain car model as example，explores the processing technics of three axis processing center for continuous complex curved surfaces.The solution extends the working range of three axis equipment. Presents the resolving thoughts for problems in the processing.

three axis numerical control processing；hexahedral processing；numerical control pro?cessing technics；locating datum

TH164

A

1673-0143（2014）05-0031-05

2014-06-26

朱雪明（1984—），男，助理實驗員，研究方向：先進制造。