譚嘉毅

摘 要：本文詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)室CNC數(shù)控機(jī)床加工藝術(shù)作品的加工過(guò)程，其加工精度、效率都是傳統(tǒng)加工手段不可比擬的，對(duì)提高當(dāng)代藝術(shù)作品質(zhì)量有極大作用。

關(guān)鍵詞：藝術(shù)品；實(shí)驗(yàn)室；CNC數(shù)控；加工

隨著人們生活水平的不斷提高，所謂“亂世黃金，盛世收藏”。人們對(duì)藝術(shù)品市場(chǎng)的需求正在迅速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的加工手段已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)代藝術(shù)的要求。落后的加工技術(shù)，導(dǎo)致藝術(shù)品的廢品率很高，精細(xì)度及光潔度都達(dá)不到人們的要求，而且后期的打磨工作繁重。因此，必須尋求更先進(jìn)的加工技術(shù)。

下面將用具體案例進(jìn)行解析，案例作品為筆者創(chuàng)作作品。是參考葉輪設(shè)計(jì)而成的，作品精度要求高，加工難度大。如果采用傳統(tǒng)的普通設(shè)備進(jìn)行加工，工藝和夾具復(fù)雜，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。為此，使用實(shí)驗(yàn)室CNC數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工無(wú)疑為最佳解決方案。

1 刀具選擇

全部選用硬質(zhì)鎢鋼刀具，保證加工質(zhì)量及表面的光潔度。

銑刀：采用硬質(zhì)合金機(jī)夾鎢鋼刀片銑刀，能實(shí)現(xiàn)高速銑削，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)保證加工精度及細(xì)膩程度。

鉆頭：采用先進(jìn)的三刃鎢鋼鉆頭，具有很高的自定性功能，以正確保證鉆孔的位置度精度。

2 工藝流程及加工詳解

現(xiàn)根據(jù)加工程序卡，使用CNC數(shù)控機(jī)床對(duì)本人創(chuàng)作的藝術(shù)品進(jìn)行加公。詳細(xì)加工流程如下：

2.1 曲線(xiàn)五軸粗加工

第一步是粗加工，由于加工余量大，如選用小直徑刀具，效率太低，故選擇Φ12平銑刀作為粗加工刀具，這里主要使用HSM外掛的曲面四軸的螺旋加工。

HSM高速外掛在曲面加工方面比mastercam自帶的加工刀路要精煉許多，減少了多余的刀路，使得加工層次均勻，路徑合理。

從加工刀路到程序生成的刀路均勻，并能大量去除毛坯，為以后的加工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 二次粗加工

經(jīng)過(guò)粗加工后，已經(jīng)去除了大量的加工余量，而本次加工的目的在于使用小的刀具進(jìn)行余量的二次清除，使余量更均勻，更接近3d模型。本次使用等高粗加工。

2.3 葉輪底層的精加工

葉輪底層的部位乃是本次加工的重中之重，如果稍有誤差，則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果，如形狀不符、加工不夠精細(xì)等。卻也顯示了數(shù)控機(jī)床的加工優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)機(jī)加工都不及之處。

這里主要使用M6球刀配合螺旋式漸降沿面四軸加工，使用螺旋式漸降，能明顯提高刀具使用壽命與工件的尺寸精度及表面精度。

這里使用了一個(gè)復(fù)雜作品加工十分常見(jiàn)得加工方法。使用加工球刀的尺寸與形狀同作品的曲線(xiàn)輪廓十分接近，所以加工時(shí)能使均勻的去除材料，而且精度也更高。軟件設(shè)置方面如下，這是筆者長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累所得，能事半功倍。

程序過(guò)濾必須勾上，在加工過(guò)程中，能過(guò)濾許多無(wú)用刀路，使得刀路更加穩(wěn)定均勻。

間隙設(shè)定主要設(shè)置斜插時(shí)候的各種設(shè)置，如果設(shè)置合理可以使刀路平穩(wěn)，使刀量均勻。

按照以上設(shè)置，相比軟件默認(rèn)設(shè)置，所得到的刀路更加均勻穩(wěn)定，作品加工的精度更細(xì)膩，加工時(shí)間也會(huì)縮小1/2。最重要的是能減少出錯(cuò)，有效地提高作品的精細(xì)度。

2.4 表面半精加工

本次半精加工主要針對(duì)葉輪軸體與扇葉的微小部分進(jìn)行半精加工，由于內(nèi)腔形狀微小，所以選用Φ6球面刀進(jìn)行加工。

這里的加工方法為2D加工刀路復(fù)合沿面五軸加工。刀路的復(fù)合使用，能起到相輔相成的作用，對(duì)加工精度、效率都有顯著作用。

選擇最優(yōu)化切削，能使刀路順序更加流暢平穩(wěn)，然后需要重新設(shè)置“高級(jí)設(shè)定”。

原來(lái)軟件的默認(rèn)設(shè)置為“自動(dòng)計(jì)算”，這樣加工出來(lái)的曲面在加工面相接的地方會(huì)顯得粗糙沒(méi)有流線(xiàn)。最致命的是，可能有許多曲面加工不到，但改為“所有曲面邊緣”，就能加工到所有的曲面邊界，使曲面相接處會(huì)平滑順接。從而提高作品的細(xì)膩度，生成的刀路合理、簡(jiǎn)潔、均勻。

2.5 扇葉的精加工

這里主要是進(jìn)行扇葉的精加工。

2.6 曲面粗加工

由于作品表面存在一些斜面、不規(guī)則曲面。傳統(tǒng)的機(jī)加工必須借助夾具進(jìn)行加工，使用夾具，必定會(huì)增加裝夾的次數(shù)。裝夾的次數(shù)越多，就越不能保障作品的精度。如果使用加工中心進(jìn)行加工，可把斜面、不規(guī)則曲面當(dāng)做普通曲面進(jìn)行加工。并且是在一次的裝夾中完成以上加工，保證了作品的規(guī)整性。

2.7 曲面清角

曲面清角是作品加工的核心部分之一，所以這里采用了R2球頭刀進(jìn)行曲面清角，從而得到目標(biāo)精度。

2.8 曲面精加工

本步驟主要針對(duì)工件的曲面進(jìn)行精加工，這里使用圓鼻刀進(jìn)行加工，圓鼻刀由于具有平刀與球刀特點(diǎn)，作為本次曲面的精加工無(wú)疑是最佳選擇。這里采用2D加工復(fù)合等高精加工。

2.9 微小特征精加工

針對(duì)一些微小的形狀作出處理，則完成整個(gè)前模的加工。

利用數(shù)控機(jī)床加工出來(lái)的作品，是傳統(tǒng)機(jī)床不能比擬的，使藝術(shù)品的質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍。

3 結(jié)束語(yǔ)

使用實(shí)驗(yàn)室的CNC數(shù)控機(jī)床進(jìn)行藝術(shù)品加工，加工時(shí)間為20小時(shí)左右，僅為過(guò)去傳統(tǒng)加工時(shí)間的1/10，一次裝夾完成整個(gè)加工，加工效率得到極大的提高。此外，由于機(jī)床精度的保證，作品的細(xì)膩度、光潔度都非常高，從而使加工質(zhì)量得到了顯著的提高，減少了作品后期打磨的時(shí)間。

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