劉鈺

[摘? ? ? ? ? ?要]? 主要介紹在數(shù)控銑加工過(guò)程中，球面零件的加工工藝與效率的問(wèn)題。通過(guò)一個(gè)典型實(shí)例的加工，重點(diǎn)介紹了如何應(yīng)用數(shù)控銑床與CAXA制造工程師2013，高效、高質(zhì)量地加工球面零件。通過(guò)對(duì)比各種加工方式（等高線(xiàn)、參數(shù)線(xiàn)、輪廓導(dǎo)動(dòng)）的優(yōu)劣，找到適合于球面零件的加工方法，從而可以高效高質(zhì)量地生產(chǎn)零件，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 數(shù)控銑;CAXA制造工程師2013;球面;等高線(xiàn);參數(shù)線(xiàn);輪廓導(dǎo)動(dòng);效率

[中圖分類(lèi)號(hào)]? TH161+.11? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）09-0108-02

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，特別是模具制造業(yè)的高速發(fā)展、高精密度、高復(fù)雜度，加之各種產(chǎn)品更新?lián)Q代快，這就對(duì)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足上述需要，隨著制造業(yè)技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展，越來(lái)越多的制造企業(yè)開(kāi)始引進(jìn)數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心、細(xì)孔加工機(jī)、放電加工機(jī)、慢走絲線(xiàn)切割機(jī)、光學(xué)研磨機(jī)等數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控銑床數(shù)控銑削除了具有普通銑床加工的特點(diǎn)外，還有如下特點(diǎn)：（1）零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如箱體類(lèi)零件、殼體類(lèi)零件等;（2）能加工普通機(jī)床無(wú)法加工或很難加工的零件，如球面零件;（3）能一次裝夾定位后，加工多道工序;（4）加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠;（5）生產(chǎn)自動(dòng)化程序高，可以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度;（6）有利于生產(chǎn)管理自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的崛起，對(duì)技術(shù)工人提出了更高的要求，不單單只是操作機(jī)床，而其要能夠熟練使用CAD/CAM軟件。特別是一些復(fù)雜的工件，如二次曲線(xiàn)零件、三次曲線(xiàn)零件、拋物線(xiàn)、正弦曲線(xiàn)等。這類(lèi)零件，如果用手工編程的話(huà)，就必須使用宏程序，而其難度很高，對(duì)技術(shù)工人來(lái)說(shuō)，難度很大。當(dāng)前，各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造都大量使用了CAD/CAM軟件，如UG，PRO/E，Solidworks等。使用CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)，利用CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程加工越來(lái)越普遍。而國(guó)產(chǎn)CAD/CAM軟件CAXA制造工程師從面世至今已有十多年了，各項(xiàng)功能日趨完善，從輔助設(shè)計(jì)到輔助加工功能已經(jīng)能完全滿(mǎn)足現(xiàn)代制造加工的需求，而其在國(guó)家數(shù)控大賽中廣泛使用。

現(xiàn)今，數(shù)控加工中，球面銑削的零件比較多，而球面銑削的質(zhì)量與效率就是最為關(guān)注的問(wèn)題。筆者在應(yīng)用CAXA制造工程師2013進(jìn)行數(shù)控銑削編程過(guò)程中，體會(huì)了球面銑削的幾種編程方法編出加工刀路，通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置，后置設(shè)置，生成合理的加工程序。最終，把一個(gè)設(shè)計(jì)圖紙變成零件。通過(guò)對(duì)球面加工幾種方法（等高線(xiàn)、參數(shù)線(xiàn)、輪廓導(dǎo)動(dòng)）的反復(fù)實(shí)踐，總結(jié)了一些編程技巧、參數(shù)設(shè)置等，以提高球面質(zhì)量及生產(chǎn)效率。下面就以CAXA制造工程師2013為例來(lái)說(shuō)明球面加工中，如何提高球面加工質(zhì)量及效率。

下圖工件為一底座的三維圖。

毛坯尺寸為105×80×30，材料：45

一、工藝分析

該零件圖尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚，材料為45#，切削性能良好，無(wú)熱處理和硬度要求，尺寸精度及表面粗糙度要求較高，其孔的精度為H7，精度較高，需要先鉆孔在鉸孔來(lái)保證。需要兩次裝夾才能完成工件的正反兩面加工。

（一）工藝路線(xiàn)如下

1.以底面做為基準(zhǔn)面，先將基準(zhǔn)面銑削出來(lái)。

2.粗銑工件外形削輪廓，高度為17 mm，留精加工余量0.2 mm;粗銑工件84 mm×64 mm×5 mm凸臺(tái)，留精加工余量0.2 mm。

3.粗銑底面橢圓槽及兩個(gè)R8的半圓槽，深度為8 mm，留精加工余量0.2 mm。

4.精銑外形輪廓84 mm×64 mm×5 mm凸臺(tái)及橢圓槽及兩個(gè)R8的半圓槽至公差尺寸。

5.拆下工件裝夾加工另一面，裝夾時(shí)放兩塊平行墊鐵，注意避開(kāi)鉆孔位置，使基準(zhǔn)面緊貼平行墊鐵，毛坯頂面距離虎鉗口15 mm左右。

6.用分中棒對(duì)刀，保證工件上下部錯(cuò)位。

7.銑削頂面至尺寸公差要求。

8.粗銑84 mm×64 mm×12 mm凸臺(tái)，留精加工余量0.2 mm。

9.粗銑SR18 mm的半球面，留精加工余量0.2 mm。

10.粗、精銑18 mm的槽及兩個(gè)沉頭孔。

11.精銑84 mm×64 mm×12 mm凸臺(tái)。

12.粗、精銑圓弧形槽。

13.精銑SR18 mm的半球面。

14.用？椎7.7的鉆頭鉆孔，用？椎8的鉸刀鉸孔。

二、選擇刀具：選用硬質(zhì)合金直徑12 mm、8 mm四齒銑刀6 mm球刀

裝夾方式：采用平口虎鉗及平行墊鐵裝夾。

對(duì)刀點(diǎn)（程序原點(diǎn)）：按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則選取工件上表面中心為原點(diǎn)。

三、工藝安排及程序編制要求

（一）數(shù)控編程走刀路線(xiàn)選擇考慮要點(diǎn)

1.盡量縮短走刀路線(xiàn)，采用較少的刀具，節(jié)省換刀時(shí)間，減少空走刀時(shí)間，減少裝夾次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

2.能保證加工零件的精度和表面粗糙度要求。

3.合理、優(yōu)化數(shù)控程序，減少程序段數(shù)目。

4.降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。

（二）針對(duì)球面加工的幾種走刀方式

1.該零件其他部分的加工，這里不再詳述;而對(duì)球面部分的加工，必須分成兩步：粗加工和精加工。

（1）粗加工

首先采用等高線(xiàn)粗加工刀具直徑8 mm的立銑刀，留0.2 mm的精加工余量。

生成該刀路需要一個(gè)完整的球面及一個(gè)邊界線(xiàn)，而此零件有一個(gè)18 mm寬、10 mm深的槽，影響了球面的完整性，從而影響刀路的生成。

解決辦法;

①先刪除挖槽部分，保證球面的完整性，以便于生成刀路。

②在三維空間內(nèi)，XZ平面內(nèi)畫(huà)一截面線(xiàn)及一旋轉(zhuǎn)軸，然后用曲面工具，旋轉(zhuǎn)生成一球面。

從而可以生成等高線(xiàn)的刀路。

等高線(xiàn)刀路的特點(diǎn)：通用性強(qiáng)，但刀路生成時(shí)計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，程序較長(zhǎng)較大（113K，約占整個(gè)零件加工程序的20%），機(jī)床加工效率明顯受影響。

（2）精加工

①采用等高線(xiàn)精加工，使用？椎6的球頭刀，刀路圖略。

經(jīng)查實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，等高線(xiàn)精加工程序（286K）相當(dāng)大，走刀的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，而其加工的表面粗糙度明顯不好。

②采用參數(shù)線(xiàn)精加工，使用？椎6的球頭刀，刀路圖略。

經(jīng)查實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，參數(shù)線(xiàn)精加工程序（393K）相當(dāng)大，比等高線(xiàn)精加工（286K）大的多，走刀的時(shí)間也更長(zhǎng)，但加工的表面粗糙度明顯較好，符合該零件的加工質(zhì)量要求，特別是表面粗糙度的要求。

③采用輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工，使用？椎6的球頭刀，刀路圖略。

經(jīng)查實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，輪廓導(dǎo)動(dòng)精加程序（6.67K）極小，程序段的段數(shù)（360行）也非常少，約占等高線(xiàn)精加工程序（286K）的2.3%，程序行數(shù)（12305行）;約占參數(shù)線(xiàn)精加工程序（393K）的1.6%，程序行數(shù)（16804行）。

其次，再比較程序的內(nèi)容，輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工所產(chǎn)生的程序中出現(xiàn)的是G00、G01、G02或G03（由加工方向決定）;而等高線(xiàn)精加工，參數(shù)線(xiàn)精加工等所產(chǎn)生的程序中出現(xiàn)的全是G00、G01，也就是說(shuō)它的刀路是由小段小段的直線(xiàn)擬合而成，而輪廓導(dǎo)動(dòng)精加工則是由一圈一圈的圓弧擬合而成。從而計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量完全不同，機(jī)床加工起來(lái)，效率完全不一樣，但其加工的表面質(zhì)量也完全可以達(dá)到圖紙的要求。

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三種加工刀路程序長(zhǎng)度的對(duì)比圖

綜上所述，現(xiàn)實(shí)的數(shù)控加工中，很多種加工方法都可以達(dá)到圖紙所需的要求，各種刀路都有自己的優(yōu)勢(shì)與不足，為高質(zhì)量、高效率地加工工件，必須不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化程序。

2.球面加工部分的工藝參數(shù)如下：

數(shù)控加工工藝卡片

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數(shù)控銑削加工中，要高質(zhì)量、高效率地加工零件，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，除了技術(shù)工人的經(jīng)驗(yàn)、細(xì)心的對(duì)刀外，程序的優(yōu)化、刀路的選擇至關(guān)重要。正如本文所述球面零件加工的幾種刀路，加工效率與加工質(zhì)量明顯不同，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也是可想而知的。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)編程人員、對(duì)技術(shù)工人的要求將會(huì)越來(lái)越高，這就對(duì)我們提出了新的要求：在做中學(xué)，在學(xué)中做，活到老，學(xué)到老。

參考文獻(xiàn)：

[1]張方陽(yáng).數(shù)控銑床編程與競(jìng)技[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

[2]羅軍，楊國(guó)安.CAXA制造工程師項(xiàng)目教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

◎編輯 張 慧