余遠(yuǎn)杰

摘 要：隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)也得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，集中體現(xiàn)在了對(duì)復(fù)雜型面零件的加工過(guò)程當(dāng)中。在實(shí)際的數(shù)控技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，其操作性是相對(duì)較強(qiáng)的，并且具備較強(qiáng)的可移植性和縮放性，在集成化和自動(dòng)化的機(jī)械領(lǐng)域制造當(dāng)中是相當(dāng)重要的一部分。在本文當(dāng)中，首先對(duì)數(shù)控加工技術(shù)以及數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行了概述；其次對(duì)復(fù)雜型面數(shù)控加工工藝流程進(jìn)行了分析；最后對(duì)其實(shí)際的應(yīng)用做出了探究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；數(shù)控編程；復(fù)雜型面零件；工藝技術(shù)

在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，其機(jī)械制造行業(yè)是相當(dāng)重要的一個(gè)行業(yè)，現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在人們的生活當(dāng)中對(duì)于產(chǎn)品本身的多樣化需求也變得越來(lái)越多，因此需要對(duì)其制造方式進(jìn)行不斷的改進(jìn)，利用數(shù)控技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)制造行業(yè)的飛速發(fā)展。在數(shù)控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，需要和計(jì)算機(jī)的技術(shù)進(jìn)行不斷的集合，來(lái)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量進(jìn)行提升的同時(shí)，也可以最大限度的降低勞動(dòng)率，主要應(yīng)用在了飛機(jī)、輪船以及汽車(chē)等行業(yè)，保證了整體產(chǎn)品的穩(wěn)定性能，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.數(shù)控加工技術(shù)以及數(shù)控編程技術(shù)

數(shù)控加工工藝，即為根據(jù)所提供的零件的圖樣和基本要求，來(lái)進(jìn)行加工程序的編寫(xiě)，將其程序運(yùn)行到數(shù)控機(jī)床當(dāng)中，數(shù)控機(jī)床就可以進(jìn)行零件的加工，，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工。在應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，充分的對(duì)計(jì)算機(jī)和數(shù)字自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)合，節(jié)省了其勞動(dòng)力的同時(shí)，也對(duì)零件加工的質(zhì)量和效率得到了提升，在很大程度上減少了零件制造過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的誤差現(xiàn)象。

編程技術(shù)，主要體現(xiàn)在了CAD/CAM兩個(gè)方面，主要是利用坐標(biāo)系的確立、切削參數(shù)的確定來(lái)對(duì)程序進(jìn)行完成，可以說(shuō)是復(fù)雜型面數(shù)控加工的基礎(chǔ)部分。在其實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，主要包含了對(duì)加工坐標(biāo)系的確定、加工區(qū)域和刀具的確定、走刀路徑的設(shè)計(jì)和控制這幾個(gè)方面。

2.復(fù)雜型面數(shù)控加工工藝流程

在數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，需要實(shí)現(xiàn)在數(shù)字化信息的技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備的充分控制，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。在數(shù)控加工的實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中，數(shù)控編程是一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，需要根據(jù)加工零件自身的圖紙和技術(shù)、工藝實(shí)現(xiàn)深加工，在刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡和方向方面，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)對(duì)其進(jìn)行程序的編寫(xiě)，在編寫(xiě)完成之后，將其輸入到控制介質(zhì)當(dāng)中，控制介質(zhì)就可以根據(jù)編程文檔中的零件需求來(lái)進(jìn)行加工，其中包括零件輪廓的加工和外形復(fù)雜程度的劃分等，在數(shù)控編程的過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)圖樣進(jìn)行分析，確定實(shí)現(xiàn)的工藝，對(duì)其中涉及到的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算之后，還需要對(duì)其作出制作，最終對(duì)數(shù)值進(jìn)行核對(duì)校驗(yàn)。在對(duì)零件進(jìn)行圖樣分析的時(shí)候，需要掌握和分析出零件的尺寸和精度以及形狀等多方面的因素作出分析，根據(jù)零件自身的設(shè)計(jì)尺寸來(lái)對(duì)加工的位置以及刀具的結(jié)合位置進(jìn)行選擇。在對(duì)工藝的確定方面，需要對(duì)零件加工過(guò)程當(dāng)中的工藝基準(zhǔn)和加緊的方式進(jìn)行分析，在實(shí)際情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝流程、工藝順序以及刀具類(lèi)型等多種因素進(jìn)行確定和選擇，在對(duì)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要在校準(zhǔn)自后的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在先面后孔的原則基礎(chǔ)上進(jìn)行加工，利用粗加工和精加工來(lái)進(jìn)行綜合實(shí)現(xiàn)，其中需要值得注意的是零件的加工精度、零件表面粗糙度以及熱處理等情況。在對(duì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，需要對(duì)基點(diǎn)坐標(biāo)值和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，保證零件的誤差和編程的誤差計(jì)算可以降低到最小，從而保證計(jì)算結(jié)果的精確程度。最后在進(jìn)行程序編寫(xiě)的過(guò)程當(dāng)中，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的方法，其中如果需要對(duì)簡(jiǎn)單零件進(jìn)行加工，則可以利用手工編程的方式；相反如果零件相對(duì)復(fù)雜的話(huà)，則需要利用自動(dòng)編程的方式進(jìn)行加工。在應(yīng)用手動(dòng)編程的過(guò)程當(dāng)中，其中需要用到的計(jì)算量是相對(duì)較少的，程序段數(shù)也是有限的，可以直觀的對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行顯示。但是在進(jìn)行復(fù)雜額定零件的加工過(guò)程當(dāng)中，由于其中的編程量是相對(duì)較大的，會(huì)造成編程過(guò)程的不精確。在自動(dòng)編程的過(guò)程當(dāng)中，主要是利用計(jì)算機(jī)當(dāng)中專(zhuān)業(yè)的編程軟件來(lái)進(jìn)行計(jì)算和指令的生成，可以實(shí)現(xiàn)刀具路徑的在精確，對(duì)曲面進(jìn)行直接加工。

3.實(shí)際的應(yīng)用

在本文當(dāng)中，主要以某航空燃料附件殼體金屬的模具當(dāng)中的單一模塊來(lái)作為主要的研究對(duì)象，利用了數(shù)控加工CAM的工藝規(guī)劃過(guò)程來(lái)作為實(shí)際應(yīng)用的例子，如圖2所示，在本文當(dāng)中主要分為以下幾個(gè)方面進(jìn)行了分析；

3.1建立加工坐標(biāo)系

在CAD階段實(shí)體模型的建立過(guò)程當(dāng)中，主要是在工作坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行建立的，其中可以利用兩個(gè)坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)重合現(xiàn)象，坐標(biāo)系可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行定義。在對(duì)其坐標(biāo)系以及數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系包括坐標(biāo)系、坐標(biāo)原點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)方向這幾個(gè)部分。

從上圖當(dāng)中可以看出，在對(duì)該模塊進(jìn)行加工的過(guò)程當(dāng)中，采用了模塊底部朝下的方式來(lái)進(jìn)行加工，需要將其放置在工作臺(tái)當(dāng)中，從而可以對(duì)壓板的進(jìn)行靈活存放。利用此種方式可以一次性的實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的所有型面的切削加工過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于所加工的坐標(biāo)方向，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)盡心定義，如果垂直于模塊底平面并朝向模塊型面方向用Z 軸來(lái)代表，則機(jī)床的X 軸方向行程需要大于 Y 軸方向行程，因此 X 坐標(biāo)軸方向定義為模塊長(zhǎng)邊方向；利用此種方式可以對(duì)加工者的模塊加工過(guò)程進(jìn)行隨時(shí)的監(jiān)督和觀察。模塊型面由低向高方向用Y 軸代表。其中具體的該模塊的加工坐標(biāo)系如圖2所示。

3.2劃分加工區(qū)域

在對(duì)本文當(dāng)中的實(shí)例模塊進(jìn)行總體加工的過(guò)程當(dāng)中，可以了解到加工的區(qū)域外形為殼體復(fù)雜外型面，需要對(duì)其中的復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)區(qū)域以及包括模具特有結(jié)構(gòu)特征等多種因素來(lái)進(jìn)行分析和了解。在對(duì)模塊進(jìn)行加工的過(guò)程當(dāng)中，如果需要對(duì)一個(gè)加工范圍進(jìn)行相對(duì)大的定義的時(shí)候，也就是需要對(duì)模塊外部的邊框進(jìn)行定義來(lái)作為整體的加工區(qū)域范圍。在這種情況下，進(jìn)行編程的過(guò)程當(dāng)中只需要進(jìn)行一道精加工的安排的，也就是說(shuō)做一次加工刀軌路徑計(jì)算就可獲得全部精加工刀軌數(shù)據(jù)。但是在此種情況下，對(duì)于每一個(gè)模塊內(nèi)部所包含的加工特點(diǎn)和切削用量都是不明確的，沒(méi)有做出明確的針對(duì)分類(lèi)，從而也對(duì)其數(shù)控加工的程序沒(méi)有做出針對(duì)性的分析。在此種情況下，就需要利用同一把道具來(lái)對(duì)不同的結(jié)構(gòu)、深淺不一樣的型面進(jìn)行同時(shí)的加工，會(huì)造成加工效率的降低的同時(shí)，還會(huì)造成零件質(zhì)量的降低，對(duì)于切削刀具來(lái)說(shuō)也會(huì)造成很大的傷害。如果換成一種方式，就是對(duì)其加工區(qū)域范圍進(jìn)行分別定義，就可以在進(jìn)行數(shù)控加工的編程計(jì)算的過(guò)程中進(jìn)行4道精加工工序的安排，最終獲取到全部精加工刀軌數(shù)據(jù)。采用此種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝規(guī)劃的最大限度的優(yōu)化，提高了加工程序的針對(duì)性和實(shí)用性以及加工的效率。

3.3定義加工刀具

在對(duì)航空燃料的附件殼體金屬模具進(jìn)行加工的分析過(guò)程當(dāng)中，其中的成形殼體的外形尺寸是相對(duì)較大的，因此對(duì)于模具當(dāng)中的型腔當(dāng)中的尺寸都相對(duì)較大，需要對(duì)模具當(dāng)中的多余用量進(jìn)行減少和去除。在此種情況下，可以利用較大尺寸的刀具進(jìn)行模具的粗加工、半精加工和精加工的工作。在對(duì)該模具進(jìn)行型腔曲面結(jié)構(gòu)以凹弧面加工的過(guò)程當(dāng)中，需要利用球頭刀來(lái)進(jìn)行完成。與此同時(shí)，可以利用ρ=6mm來(lái)對(duì)模具內(nèi)部的型腔內(nèi)輪廓面最小曲率半徑進(jìn)行加工。在實(shí)際的切削刀具選擇方面，可以采用半徑為 r=0.9×6 ≈ 5mm的方式，因此，可選定該模具精加工切削刀具為SR5 球頭刀。除此之外，進(jìn)行粗加工的過(guò)程當(dāng)中，需要選擇較高的加工效率和較多的材料去除量。在本文當(dāng)中，需要利用φ20的波紋立銑刀進(jìn)行初步的材料去除工作，對(duì)于多余的用量進(jìn)行切除。在對(duì)其進(jìn)行粗加工之后，在模具的上面會(huì)存在著加工余量最大點(diǎn)處，在這個(gè)位置處需要取該模具型腔內(nèi)輪廓面最小曲率半徑處。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)復(fù)雜型面的數(shù)控加工進(jìn)行實(shí)施的過(guò)程當(dāng)中，作為工藝的設(shè)計(jì)人員以及編程人員需要對(duì)現(xiàn)階段所存在的設(shè)備進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)對(duì)其工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。在其工藝線(xiàn)路的優(yōu)化過(guò)程當(dāng)中，可以根據(jù)實(shí)際情況和科學(xué)的原則進(jìn)行機(jī)床、工序以及編程等多方面因素的選擇和分析，最終實(shí)現(xiàn)工藝線(xiàn)路的優(yōu)化。在對(duì)其工藝內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要保持加工坐標(biāo)系的準(zhǔn)確，從而可以對(duì)加工刀具、走刀路徑以及切削用量等做出不斷的優(yōu)化。最后還需要對(duì)加工仿真的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，利用不同的仿真數(shù)據(jù)模型來(lái)保證其整體過(guò)程的安全性，最終可以發(fā)揮出數(shù)控產(chǎn)品設(shè)備的加工優(yōu)勢(shì)，保證復(fù)雜型面加工的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖劍斌.分析復(fù)雜型面數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017，（6）：35-36.

[2]趙中華，廖秋慧.復(fù)雜模具零件五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工程序檢驗(yàn)方法研究[J].模具工業(yè)，2009，35（6）：66-69，71..

[3]項(xiàng)輝宇，劉和山，張樹(shù)生等.基于UG的圖形化數(shù)控編程及二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的探討[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，30（1）：52-58.