謝凡

摘 要：本文在等殘留高度刀具路徑規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上，為解決同一曲面加工后表面質(zhì)量差異大的問題，將曲面作為兩個區(qū)域進行加工，并將其劃分為陡峭區(qū)域和平坦區(qū)域本文通過在不同區(qū)域。加工過程中使其自動更換行距（即陡峭區(qū)域的行距稍大，平坦區(qū)域的行距?。?，使同一曲面加工后表面質(zhì)量達(dá)到一致。

關(guān)鍵詞：等殘留高度法 曲面加工 表面粗糙度

中圖分類號：TG65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-100-02

數(shù)控加工較傳統(tǒng)加工而言，其加工表面質(zhì)量較好且加工效率高。在數(shù)控加工中，為獲得較好的加工效果一般采用較高的轉(zhuǎn)速進行加工，所以對機床的主軸轉(zhuǎn)速要求較高，且在切削刀具、刀具軌跡規(guī)劃和加工數(shù)據(jù)處理等方面也提出較高要求。實際研究表明，銑削加工中，影響零件表面質(zhì)量的主要因素還有加工過程中產(chǎn)生的振動。

1 曲面刀具路徑規(guī)劃

本文選用的研究對象與碗形曲面類似，不同的是碗形曲面的底部為水平面，而本文采用的曲面是完整的一段圓弧。在加工過程中，當(dāng)進行曲面底部切削的時候，其切削速度為零且刀具處于零點切削，導(dǎo)致加工出的工件表面質(zhì)量差以及曲面上下表面粗糙度不一致的現(xiàn)象。為解決這一現(xiàn)象（即加工后曲面陡峭區(qū)域與底部平坦區(qū)域表面粗糙度不一致），本文提出一種新的刀具路徑。在加工過程中，為使曲面上下表面質(zhì)量達(dá)到一致，本文通過同一曲面劃分區(qū)域后采用不同走刀步距的方法來提高工件的表面質(zhì)量，使得曲面的表面質(zhì)量達(dá)到一致。

1.1 定義和劃分曲面區(qū)域

分區(qū)加工的優(yōu)點在于，陡峭區(qū)域加工的切削三要素不必取過高就可以獲得較高的表面質(zhì)量，降低功耗、提高效率、節(jié)省成本。而在平坦區(qū)域，適當(dāng)提高切削三要素，以提高球刀在切削時的線速度，從而提高表面質(zhì)量。本文針對這一問題，對這一曲面的加工刀具路徑重新進行規(guī)劃。將曲面分為兩個區(qū)域進行加工（即：陡峭區(qū)域和平坦區(qū)域）。

如圖1所示，在一個三維空間A中，設(shè)水平坐標(biāo)軸為X、Y，垂直坐標(biāo)為Z，圖中均勻?qū)ΨQ的凹形曲面構(gòu)成陡峭區(qū)域B，X、Y構(gòu)成近似水平面稱之為平坦區(qū)域C，陡峭區(qū)域底部與平坦區(qū)域C相切，若B，C區(qū)域上每一點的坐標(biāo)可由表達(dá)式求出，那么對B區(qū)域上的一些點必定有（表達(dá)式對X，Y求偏導(dǎo)不為0），而C區(qū)域上的所有點為0。

設(shè)曲面表達(dá)式為對其在x、y處求偏導(dǎo)，若兩個偏導(dǎo)數(shù)和關(guān)于x和y存在偏導(dǎo)數(shù)，則存在偏導(dǎo)：

令θ是B、C區(qū)域表面任意一點的切線與曲面底部的夾角，那么有

或

或

令在0≤θ≤15°或165°≤θ≤180°時，則這些區(qū)域上的點稱為平坦點，反之其他點稱之為不平坦點。若有不平坦點存在，則B區(qū)域稱之為陡峭區(qū)域；若對于C區(qū)域任一點切線與平面C的夾角θ恒為0，則C區(qū)域為平坦區(qū)域。如圖2所示，根據(jù)陡峭區(qū)域與平坦區(qū)域的劃分，將實例內(nèi)曲面在15°位置處進行分割，成為兩部分。

1.2 同一曲面不同行距的刀具路徑生成

考慮到UGNX加工模塊需要選擇切削區(qū)域，因此需要將內(nèi)曲面分割開。曲面藍(lán)色部分為陡峭區(qū)域，曲面粉色部分為平坦區(qū)域。

2 實驗加工

2.1 實驗條件

（1）實驗設(shè)備：VMC850立式加工中心，（FANUC 0i Mate-MD）。

（2）精加工刀具：刀具直徑為12mm的球頭刀具。

（3）工件材料：采用鋁料。

2.2 數(shù)控加工參數(shù)

（1）傳統(tǒng)加工方法。首先在計算出刀軌點以后，然后將這些點形成線（刀具軌跡線）。通過Powermill軟件將這些數(shù)據(jù)點轉(zhuǎn)化成樣條軌跡線。

將上文的刀具軌跡線，根據(jù)加工模型實際選擇加工曲面進行裁剪，并對其參數(shù)進行設(shè)置（具體加工參數(shù)見表1）。

（2）改進后的加工策略。通過區(qū)域劃分，將曲面劃分為上下兩個區(qū)域（即陡峭區(qū)域和平坦區(qū)域）。采用同一曲面不同行距進行加工，彌補傳統(tǒng)加工上下曲面質(zhì)量差異較大的不足，加工參數(shù)見表1。使用此方法進行加工，可實現(xiàn)上下兩曲面區(qū)域的表面質(zhì)量基本一致。如圖4所示的改進后加工策略的軌跡。

3 結(jié)語

本文主要針對復(fù)雜曲面加工表面質(zhì)量不一致的現(xiàn)象，提出了一種新的曲面加工策略提高表面質(zhì)量。使用球頭刀加工曲面，加工過程是刀具的球形刃部分參與切削，當(dāng)加工到曲面底部的時候是刀具的零點進行切削（即擠壓現(xiàn)象），因此底部的表面質(zhì)量較差。新方法進行加工主要是將曲面劃分為陡峭和平坦兩個區(qū)域，并且使兩個區(qū)域采用兩種行距進行加工。使得整個曲面的質(zhì)量基本達(dá)到一致，改善曲面的粗糙度，彌補了傳統(tǒng)加工方法的不足。

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