張廣潮

摘 要：主要闡述了在立體不規(guī)則曲面上附有凹模文字雕刻的零件加工。當(dāng)零件表面、文字底側(cè)部位表面粗糙度要求較高時，可采用曲面投影加工、平移轉(zhuǎn)換刀具路徑等方法相結(jié)合，不僅達到零件要求的精度及粗糙度，也減少了換刀和裝夾的次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。文章通過一典型實例對曲面零件凹模文字雕刻加工的工藝進行詳細的分析。

關(guān)鍵詞：文字雕刻；曲面投影加工；表面粗糙度

中圖分類號：TQ171.6+87 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0059-02

引言

目前，在制造行業(yè)中許多工業(yè)產(chǎn)品上的文字雕刻都采用專用雕刻機結(jié)合專用的雕刻軟件來實現(xiàn)，這就造成了設(shè)備和產(chǎn)品的單一性[1]。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷快速發(fā)展，各生產(chǎn)廠家已經(jīng)擁有高性能、高轉(zhuǎn)速可進行高速加工的數(shù)控銑床及加工中心，可利用常用的加工軟件配合高速機床實現(xiàn)平面圖形及文字的雕刻加工技術(shù)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，但在立體不規(guī)則的曲面上雕刻加工還存在難點[2-3]。通過一實例，利用MasterCAM 軟件中若干個功能相結(jié)合的方法，實現(xiàn)曲面文字雕刻的加工。

1 雕刻文字的主要加工方法

首先需要根據(jù)零件材料的特征，才能確定選擇其具體的加工方法。金屬材料零件雕刻的方法可歸結(jié)為以下幾種，每種方式都有著其獨特的實現(xiàn)方法[4]。

（1）電火花成形加工或電腐蝕加工方法是利用電加工方式或化學(xué)腐蝕的方法來加工金屬模具上的雕刻圖形，是使用較為廣泛的一種方法。

（2）采用冷擠壓或鉗工方式加工文字。

（3）采用專用雕刻機加工。

（4）采用數(shù)控銑床、加工中心進行銑削雕刻加工，具體有以下幾種方法：

a. 二維線框雕刻，是刀具按照指定的輪廓線進行加工，也就是MasterCAM中的外形銑削，但必須把刀具中心設(shè)置在輪廓線上，關(guān)閉刀具補償，雕刻加工時刀具的直徑將決定輪廓的形狀與大小，在雕刻加工之前根據(jù)零件的要求，必須先要確定刀具的類型與直徑的大小。

b. 凸凹型雕刻，是采用MasterCAM中二維挖槽或者曲面挖槽加工的銑削方式。如果雕刻的文字圖案是凸出來的，則將文字圖案外圍的材料銑削去除；如果雕刻的文字圖案是凹進去的，則將文字圖案的內(nèi)部材料銑削去除。

2 加工實例

2.1 實例分析

在400mm×250mm×100mm的長方體鋁塊中，表面是山丘起伏式xyz坐標不規(guī)則變化的曲面。在起伏不平的零件曲面上表面，加工“曲面文字雕刻”六個字體，字體高度為60mm，文字間距為6mm，總長度不超過390mm的凹模雕刻，如圖1所示。同時要求雕刻的深度需根據(jù)字體所在曲面位置下深5mm，如圖2所示。

該實例中的雕刻字體為曲面凹形字體，相對于其他雕刻字體如線性字體和凸凹平底字體，是屬于加工比較困難和復(fù)雜的一種。零件要求字體的深度，是根據(jù)雕刻文字所在曲面的位置增量加深，也就是隨著曲面的變化而變化。加工過程主要分為粗雕加工和精雕加工。

2.2 粗雕加工

（1）生成字體方法：“繪圖”——“下一頁”——“文字”，在“繪制文字”信息欄中，設(shè)置字形為宋體，輸入“曲面文字雕刻”6個字。參數(shù)設(shè)置根據(jù)要求高度為60，間距為6，水平排列，點擊確定生成字體二維線框，將生成的字體移至待雕刻表面的正上方。

（2）編制二維挖槽的刀具路徑，選擇所生成的字體線框，選用ф1的平刀，只需選擇等距環(huán)切，并設(shè)置粗切參數(shù)及斜插式下刀，其他參數(shù)可不設(shè)置，該刀具路徑是輔助后面曲面投影用的。

（3）在功能表中選擇“刀具路徑”——“曲面加工”——“精加工”——“投影加工”（曲面文字必須選用精加工投影方法進行粗雕加工，否則會走空刀），然后選取零件表面的曲面，設(shè)置切削參數(shù)，粗加工余量預(yù)留0.1mm。

在“原始操作”中選取編制好的二維挖槽銑削，如圖3所示。投影方式選擇“NCI”，“間隙設(shè)定”中的容許間隙采用“距離”的方式，而“進階設(shè)定”中選擇“所有的邊緣”。在 “整體誤差”中，由于投影加工是圓形曲面，產(chǎn)生程序加工時如果采用默認的整體誤差，會使程序計算量增大，而且在機床加工時會出現(xiàn)進給忽快忽慢的情況，降低了加工的效率，所以采用“過濾比率3：1”的方式會使加工變得順暢，提高了效率與精度，如圖4所示，生成刀具路徑如圖5所示的效果。

圖3 投影加工參數(shù)欄

圖4 整體誤差設(shè)置欄

圖5 曲面投影刀具路徑

（4）曲面投影精加工不能在Z方向多次銑削，所以可以采用“刀具路徑”——“下一頁”——“路徑轉(zhuǎn)換”功能中的“平移”方法，選擇兩點間，次數(shù)為50，從Z0.0到Z-0.1，就可把剛生成的曲面投影精加工刀路沿著Z方向依次平移0.1，達到了Z方向分層銑削的效果，最終Z方向加工總深為5mm，刀具路徑如圖6所示。

2.3 精雕加工

由于粗雕加工采用平底銑刀，在曲面文字的底部并沒有加工出順滑的曲面，所以選擇球刀進行精雕加工。

（1）利用粗雕加工時的二維挖槽刀具路徑，將其復(fù)制粘貼并修改為R0.5球刀，設(shè)置切削參數(shù)。精加工曲面文字底部，切削的間隙量應(yīng)縮小，才能達到較好的表面粗糙度，設(shè)置“粗切/精修參數(shù)”中的切削間隙為刀具直徑的10%，也就是間隙量為0.1mm，并取消精修選項。精雕加工刀具路徑相比粗雕加工的要密集得多，從而達到精加工的目的。

（2）運用粗雕加工時的曲面投影方法，編制精雕球刀在曲面上的刀路，需選擇前一步R0.5球刀生成的二維挖槽路徑，設(shè)置合理的切削參數(shù)，其他設(shè)置與粗雕加工一樣。

（3）由于曲面投影精加工刀路，只投影在曲面的上表面，而精雕曲面文字是加工文字的最底部?？刹捎谩暗毒呗窂健薄跋乱豁摗薄奥窂睫D(zhuǎn)換”功能中的“平移”方法，選擇兩點間，次數(shù)為1，從Z0.0到Z-5.0，就可將剛生成的曲面投影精加工刀路沿著Z方向往下平移5mm，達到了直接銑削文字底部曲面的目的，提高了加工效率，并達到加工精度，刀具路徑如圖7所示。

圖7 曲面文字底部精加工刀路

3 結(jié)束語

對于具有曲面文字雕刻的零件，不一定需要專用的雕刻機床，可用MasterCAM等常用編程軟件配合高速數(shù)控銑床或加工中心進行加工即可。對于曲面文字雕刻的加工方法，首先并不是所有曲面文字都適合所介紹的方法，需要根據(jù)圖紙及實際要求來進行分析，其次需根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)，采取不同的工藝措施及手段，包括裝夾方式、工序安排、走刀路線、切削參數(shù)等。如特別復(fù)雜的曲面文字雕刻需要四軸甚至五軸機床進行加工，才可實現(xiàn)其工藝要求。

參考文獻：

[1]顧麗敏.基于MasterCAM的曲面雕刻數(shù)控加工[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2013（05）：75-77.

[2]穆存遠，呂明，葛震.CNC雕刻零件表面粗糙度影響因素的試驗研究[J].制造技術(shù)與機床，2012（01）：120-123.

[3]任國柱，黃坤，臧繼嵩.基于MasterCAMV9的曲面文字雕刻加工[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2010（04）：13-15.

[4]張紹青.高速數(shù)控雕刻加工技術(shù)研究[D].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，2015.endprint