羅詩(shī)林

摘??要：隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，大到航空航天、能源開發(fā)，小到工程模具和人們?nèi)粘３鲂惺褂玫慕煌üぞ?、生活用品等領(lǐng)域，都可見到具有復(fù)雜曲面的產(chǎn)品。由此可見，復(fù)雜曲面具有非常好的研究和應(yīng)用前景，已逐漸成為當(dāng)今的科研熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：曲面加工;數(shù)控機(jī)床;工程模具;檢測(cè)設(shè)備

中圖分類號(hào)：TH161+.1????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.093

1??曲面加工中存在的問(wèn)題

我國(guó)曲面加工中存在的問(wèn)題體現(xiàn)于以下3方面：①目前，絕大部分機(jī)床都是從國(guó)外進(jìn)口的高檔多軸數(shù)控機(jī)床，這是因?yàn)槲覈?guó)研發(fā)多軸數(shù)控機(jī)床的起步較晚，很難達(dá)到高精度切削、加工復(fù)雜曲面的目的。雖然我國(guó)已經(jīng)開發(fā)并投放到市場(chǎng)一批多軸數(shù)控機(jī)床，但是，其加工效果并不能達(dá)到要求，一些關(guān)鍵零件仍然依賴于進(jìn)口，特別是對(duì)于控制和檢測(cè)系統(tǒng)，還要進(jìn)一步加大研發(fā)力度。②雖然我國(guó)很多公司都開發(fā)了各具特色的多軸數(shù)控機(jī)床，但其中的一些基本問(wèn)題仍未解決。普遍存在的問(wèn)題是缺乏對(duì)高精度復(fù)雜化曲面加工軟件的開發(fā)，而加工軟件對(duì)整個(gè)機(jī)床的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。③關(guān)于檢測(cè)系統(tǒng)和檢測(cè)儀器設(shè)備的研發(fā)有待加強(qiáng)。復(fù)雜曲面加工檢測(cè)需要高檔檢測(cè)儀器的支持，否則，會(huì)產(chǎn)生明顯的錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致加工產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法難以檢測(cè)復(fù)雜功能表面及其關(guān)鍵機(jī)構(gòu)參數(shù)，而高檔檢測(cè)設(shè)備可在復(fù)雜零件的法剖面和端截面截形，進(jìn)而間接測(cè)量、檢測(cè)零件的結(jié)構(gòu)特征和尺寸。

2??曲面加工的要點(diǎn)和改善方法

2.1??兼顧力學(xué)特性與美學(xué)設(shè)計(jì)

加工設(shè)備滿足了指定的工藝中的力學(xué)特性和功能時(shí)，產(chǎn)品表面便可達(dá)到數(shù)學(xué)方面的高精度層次，而人們對(duì)產(chǎn)品外觀的滿意度取決于產(chǎn)品的美學(xué)設(shè)計(jì)。復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)可決定其自身的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)各種要求的難易程度。比如，曲面反求技術(shù)、造型設(shè)計(jì)技術(shù)決定了復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)技術(shù);復(fù)雜曲面的刀具加工和光學(xué)自由曲面加工技術(shù)決定了復(fù)雜曲面的加工技術(shù);各種關(guān)鍵的零部件和可靠的高精度高靈敏控制系統(tǒng)決定了復(fù)雜曲面加工設(shè)備的可靠性。曲面加工是機(jī)械加工中的重要組成部分，也是復(fù)雜的項(xiàng)目之一。近年來(lái)，市面上大多采用了數(shù)控加工技術(shù)，數(shù)控加工也逐漸成為機(jī)械加工的主要方式之一。值得注意的是，加工設(shè)備、加工工藝和操作人員都是加工過(guò)程中的關(guān)鍵因素，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2??改良粗加工

在曲面加工中，粗加工是一道必要的加工工序，但是在大型工件的加工中，加工表面往往會(huì)存在明顯的粗糙、變形現(xiàn)象。在實(shí)際加工中，會(huì)出現(xiàn)走空刀的現(xiàn)象，這會(huì)降低加工效率。由于毛坯工件的加工難以控制，所以，精加工余量的控制必須得更加得當(dāng)。安裝工件時(shí)，一定要均勻地分配加工余量，這樣可減少走刀加工量，從而使復(fù)雜曲面的加工效率提升一個(gè)檔次。傳統(tǒng)的機(jī)械加工夾具對(duì)高精度的要求比較低，特別是對(duì)于大型加工工件而言，加工質(zhì)量和參考點(diǎn)的確定無(wú)法得到保障。雖然數(shù)控機(jī)床曲面加工技術(shù)的發(fā)展較快，但依舊存在很多不足之處，比如曲面加工操作不當(dāng)、參數(shù)與刀具不匹配等，這都對(duì)數(shù)控曲面加工產(chǎn)生了很大的影響，特別是在復(fù)雜曲面的加工中尤為明顯。數(shù)控機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)非正常運(yùn)行的情況，這是因?yàn)榧庸と藛T的素質(zhì)較低，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除機(jī)床中的安全隱患，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)床產(chǎn)生故障。

2.3??健全建模理論

建模理論主要利用回歸分析法計(jì)算機(jī)械的切削力系數(shù)。一些理論問(wèn)題往往需要經(jīng)過(guò)反復(fù)論證才能確定，比如加工速度、走刀路徑和進(jìn)給量等都可通過(guò)模型計(jì)算出最好的加工參數(shù)。因此，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)對(duì)曲面的匹配能力，以及時(shí)控制刀具的走刀路徑和走刀反饋，從而做到精加工。

2.4??強(qiáng)化加工理論，提高加工水平

曲面加工需要確切可行的加工理論。目前，有一種高效率的加工技術(shù)可在曲面加工中發(fā)揮很好的作用——數(shù)控高速加工技術(shù)。但我們需要使切削負(fù)載更加穩(wěn)定和刀具切削仿真機(jī)制更加嚴(yán)格。市場(chǎng)上很多的加工數(shù)控機(jī)床中均存在一定的缺陷，這是導(dǎo)致曲面加工不達(dá)標(biāo)的主要原因之一。要通過(guò)了解現(xiàn)有的機(jī)床加工技術(shù)，全面提高對(duì)高精度、高靈敏度機(jī)床的研發(fā)速度，從而改善現(xiàn)有的加工狀況。應(yīng)開展專業(yè)的復(fù)雜曲面加工培訓(xùn)，從而提高加工人員的專業(yè)。此外，還應(yīng)教育加工人員嚴(yán)格遵守規(guī)范，以防出現(xiàn)錯(cuò)誤的加工行為。

2.5??合理選擇干涉面

干涉面的選擇是非常重要的，比如，在曲面平行銑削時(shí)加工面的周圍和其他表面，如果干涉面的選擇合理，則可避免刀具被撞壞，也可避免不需要加工的面被損壞。因此，合理選擇干涉面減少人為操作埋下的安全隱患，從而提高生產(chǎn)效率。

2.6??合理選擇數(shù)控加工中的刀具

在復(fù)雜曲面的數(shù)控加工中，刀具的選擇是非常嚴(yán)格的。要想具有較高的加工效率和穩(wěn)定的走刀軌跡，就必須配備高剛度、高精度、高耐久度、較好的斷屑和排屑性能、計(jì)算功能的刀具。數(shù)控機(jī)床刀具的使用次數(shù)會(huì)影響加工效果——刀具使用的時(shí)間越長(zhǎng)，磨損程度就越大。因此，在加工過(guò)程中，一定要考慮刀具磨損變形的問(wèn)題，并根據(jù)不同的磨損程度整體優(yōu)化加工參數(shù)。值得注意的是，必須以數(shù)控刀具的方法替換傳統(tǒng)的定位方法，從而達(dá)到高精度加工的目的。目前，環(huán)形銑刀、球頭銑刀、平頭銑刀、圓錐立銑刀和鼓形銑刀是加工曲面的主選刀具。在數(shù)控加工自由曲面的應(yīng)用中，應(yīng)用最廣泛的是球頭銑刀，這是因?yàn)樗倪m應(yīng)能力強(qiáng)，且刀具軌跡計(jì)算方便，進(jìn)而在三坐標(biāo)加工中得到了廣泛運(yùn)用。隨著數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)的日新月異，平頭銑刀、環(huán)形銑刀等刀具在四、五軸數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用越來(lái)越多，提高了曲面加工的效率和切削性能。

2.7??合理運(yùn)用模擬加工軟件

可運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真加工軟件更快、更好地提高曲面加

工的效率和質(zhì)量。在加工過(guò)程中，所需的參數(shù)都可在模擬仿真軟件中得到分析和論證，從而確定出更加合適的加工參數(shù)，也可以用此類軟件分析、研究刀具的走刀軌跡，以改善刀具的設(shè)定參數(shù)。由此可見，采用專業(yè)的加工軟件對(duì)提升曲面的加工效果是非常明顯的。

3??結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的復(fù)雜曲面加工技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，計(jì)算機(jī)技術(shù)、新興材料的引入對(duì)改進(jìn)復(fù)雜曲面加工有很大的促進(jìn)作用。因此，應(yīng)從機(jī)床的控制反饋和檢測(cè)系統(tǒng)、加工軟件、高性能刀具和人員的操作技術(shù)水平等方面加強(qiáng)我國(guó)的多軸數(shù)控機(jī)床復(fù)雜曲面加工技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]丁漢.復(fù)雜曲面快速測(cè)量、建模及基于測(cè)量點(diǎn)云RP和NC加工[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（11）：33-36.

〔編輯：張思楠〕

Problems?and?Improve?the?Domestic?Complex?Curved?Surface?Processing

Luo?Shilin

Abstract：?With?the?level?of?Chinas?science?and?technology?constantly?improve，?to?aerospace，?energy?development，?small?to?engineering?mould?and?people?travel?daily?use?traffic?tools，?daily?necessities?and?other?fields，?can?see?products?with?complex?curved?surfaces.?Thus，?the?complex?surface?has?the?research?and?the?application?prospect?is?very?good，?has?gradually?become?the?hotspot?of?scientific?research?today.

Key?words：?surface?machining;?numerical?control?machine?tool;?engineering;?testing?equipment