田苗苗，李曉紅，呂 輝

（1.河源技師學(xué)院，廣東 河源517000；2.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 河源517000）

隨著人們生活水平的提高，對(duì)工藝品需求逐年增加，且對(duì)其工藝的要求越來(lái)越高（因?yàn)楣に嚻芬话愠叽缧?，造型?fù)雜多樣）。傳統(tǒng)的金屬工藝品加工多采用鑄造方式生產(chǎn)，效率低而且成本高[1]，隨著數(shù)控機(jī)床的普及，工藝品也多用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工，如黃宏俊分析了數(shù)控多軸技術(shù)運(yùn)用于工藝品加工的方式[1]，錢(qián)楊林探討了火炬娃模型工藝品的數(shù)控編程加工[2]。但在數(shù)控加工中，要避免其數(shù)控機(jī)床誤差、多次換刀、加工中斷等原因產(chǎn)生接刀紋，影響其工藝品的美觀。五軸數(shù)控加工技術(shù)能實(shí)現(xiàn)工件在一次裝夾后，對(duì)多個(gè)面進(jìn)行銑、鉆等多工序加工，可以加工三軸數(shù)控機(jī)床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續(xù)、平滑的自由曲面，適合生產(chǎn)批量小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品。因此，能夠減少加工時(shí)間與費(fèi)用，同時(shí)車(chē)間占地面積、裝夾數(shù)量、設(shè)備故障也會(huì)相應(yīng)減少，給企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益；因此，五軸數(shù)控加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用到模具、3C 產(chǎn)品、工藝品等生產(chǎn)制造中[1，3-4]。子彈頭工藝品（見(jiàn)圖1）是人們喜愛(ài)的一種特殊的工藝品，但其尺寸小，造型特殊，包含幾何要素較多，且涉及曲面和表面紋路較多，加工時(shí)刀路復(fù)雜。以前常采用三軸數(shù)控加工機(jī)床加工，但由于采用三軸機(jī)床進(jìn)行加工需要慮其裝夾部位且需要多次裝夾分中找正來(lái)加工，對(duì)其紋路等表面多次裝夾后加工出來(lái)的表面質(zhì)量有容易產(chǎn)生接刀痕，而且在效率上也很費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此，本文基于NX10.0，設(shè)計(jì)了子彈頭工藝品在5 軸數(shù)控機(jī)床的加工工藝及加工方法，希望能為企業(yè)生產(chǎn)提供相應(yīng)借鑒。

1 加工工藝解析

子彈頭工藝品結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括頭部、孔、子彈座和紋路等結(jié)構(gòu)，材料為鋁合金（方料），其表面粗糙度要求達(dá)到Ra3.2，且不能有接刀痕。

圖1 子彈頭工藝品整體結(jié)構(gòu)

通過(guò)子彈頭工藝品的整體結(jié)構(gòu)可知，其6 個(gè)面都要加工，尤其是表面紋路要采用聯(lián)動(dòng)加工才能加工到位，如采用三軸機(jī)床進(jìn)行加工，需要慮其裝夾部位，且需要多次裝夾分中找正來(lái)加工，多次裝夾后加工出來(lái)的表面質(zhì)量可能有接刀痕，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力；而采用五軸機(jī)床，只要一次裝夾就可以將整個(gè)工件的所有特征加工出來(lái)。另外，在加工該零件時(shí)會(huì)使用球頭銑刀，球頭銑刀是以點(diǎn)接觸成形，切削效率低，采用三軸機(jī)床加工時(shí)，刀具/工件位置角在加工過(guò)程中不能調(diào)，很難保證用球頭銑刀上的最佳切削點(diǎn)（即球頭上線速度最高點(diǎn)）進(jìn)行切削，有可能出現(xiàn)切削點(diǎn)落在球頭刀上線速度等于零的旋轉(zhuǎn)中心線上的情況；而采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，由于刀具/工件位姿角隨時(shí)可調(diào)，可以避免這種情況的發(fā)生，而且還可以充分利用刀具的最佳切削點(diǎn)來(lái)進(jìn)行切削，或用線接觸成形的螺旋立銑刀來(lái)代替點(diǎn)接觸成形的球頭銑刀，從而獲得更高的切削速度、切削線寬，即獲得更高的切削效率和更好的加工表面質(zhì)量。

通過(guò)以上分析，選用五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，只要經(jīng)過(guò)一次裝夾即可把所有的結(jié)構(gòu)都加工到位，既提高了生產(chǎn)效率，又可以保證產(chǎn)品的加工精度。

根據(jù)子彈頭工藝品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照粗加工-半精加工-精加工的思路，確定子彈頭工藝品在5 軸數(shù)控機(jī)床上的加工工序?yàn)椋赫疵骈_(kāi)粗-螺旋半精弧面-精加工弧面-刻紋路-鉆孔，具體加工示意圖如圖2 所示。

圖2 子彈頭工藝品加工示意圖

2 數(shù)控加工工藝

2.1 機(jī)床的選擇

選用衛(wèi)國(guó)教育科技（河源）有限公司生產(chǎn)的工業(yè)型WG-125 五軸數(shù)控銑床進(jìn)行加工（操作系統(tǒng)為L(zhǎng)ynuc N3 數(shù)控系統(tǒng)，A/B 軸旋轉(zhuǎn)角度（度）≥+110/-10，C 軸旋轉(zhuǎn)角度（度）：360）[5-6]，主軸最高轉(zhuǎn)速為12 000 r/min，WG-125 機(jī)床剛性良好，能夠滿(mǎn)足子彈頭工藝品對(duì)加工精度的需要。

2.2 裝夾方式

根據(jù)子彈頭工藝品的整體尺寸，確定其毛坯尺寸為18 × 25 × 85 的方料，可直接采用四爪卡盤(pán)進(jìn)行裝夾。

2.3 加工工藝路線及工藝參數(shù)

子彈頭工藝品的加工程序采用了NX10.0 進(jìn)行編制（NX 軟件在加工程序編制方面功能更加強(qiáng)大，可以進(jìn)行三軸、四軸、五軸數(shù)控加工程序的編制），使用基本加工策略和多軸加工策略[5-6]。

（1）工序1：開(kāi)粗，采用“型腔銑”的加工策略，用D10 平底刀去除多余毛坯料，留0.2 mm 余量，加工完正面后，將主軸旋轉(zhuǎn)180°，對(duì)反面進(jìn)行開(kāi)粗，為下一步工序做準(zhǔn)備，生成的粗加工刀路如圖3 所示。

圖3 子彈頭工藝品工序1 刀路圖

（2）工序2：半精加工，選用R2 球刀利用“可變輪廓銑”的加工策略（步距數(shù)“300”），將上一步加工余量加工均勻，留0.1mm 余量，為下一步工序做準(zhǔn)備，生成的半精加工刀路如圖4 所示。

圖4 子彈頭工藝品工序2 刀路圖

（3）工序3：精加工，選用R2 球刀，依然利用“可變輪廓銑”的加工策略（步距數(shù)“1000”），將上一步加工余量清除，生成的精加工刀路如圖5 所示。

圖5 子彈頭工藝品工序3 加工刀路圖

（4）工序4：紋路加工，此工序采用“可變輪廓銑”加工策略，根據(jù)紋路的大小，選用R0.5 的球刀刻畫(huà)表面紋路，生成的加工刀路如圖6 所示。

圖6 刻畫(huà)子彈頭工藝品紋路刀路圖

（5）工序5：孔打點(diǎn)，由于需要鉆孔的面為曲面，所以鉆孔前需要先加工一個(gè)中心孔，此工序采用“鉆孔”的加工策略，根據(jù)孔的尺寸，選用ZXZ3.3 中心鉆加工中心孔[5]，生成的加工刀路如圖7 所示。

圖7 子彈頭工藝品中心孔刀路圖

（6）工序6：子彈頭工藝品鉆孔，由于要加工孔，所以此工序采用“鉆孔”加工策略，根據(jù)孔的尺寸，采用ZD3 鉆頭進(jìn)行鉆孔，此處編程方法與上一步相同。

經(jīng)過(guò)仿真和對(duì)子彈頭工藝品的加工工藝路線和工藝參數(shù)進(jìn)行了分析，最終確定了各工序的刀具、加工策略及切削參數(shù)，具體如表1 所示。

表1 各工序刀具、加工策略及切削參數(shù)表

得到的紋路的關(guān)鍵數(shù)控代碼如圖8、圖9 所示?？梢?jiàn)，五軸的實(shí)際走刀代碼要明顯少于三軸，即刀路更少，更高效。

圖8 三軸紋路加工數(shù)控代碼

圖9 五軸紋路加工數(shù)控代碼

3 實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果

所編制的程序經(jīng)模擬仿真和后處理后，在WG-125 五軸數(shù)控銑床進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)裝夾效果如圖10 所示。

圖10 子彈頭工藝品毛坯現(xiàn)場(chǎng)夾持方法

生產(chǎn)完成的子彈頭工藝品樣品如圖11 所示，對(duì)子彈頭工藝品樣品的頭部、孔、子彈座和紋路等表面進(jìn)行了表面粗糙度檢測(cè)，實(shí)測(cè)頭部、子彈座和紋路的表面粗糙度都達(dá)到了Ra1.6，孔的表面粗糙度達(dá)到了Ra3.2；另外，表面無(wú)接刀痕，檢測(cè)結(jié)果為各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均到達(dá)了用戶(hù)的需求。

圖11 子彈頭工藝品樣品圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)子彈頭工藝品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，基于5 軸數(shù)控機(jī)床，利用NX10.0 軟件對(duì)加工程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和編制，并經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)，證明各工序的刀具選擇、加工策略應(yīng)用及切削參數(shù)設(shè)置均比較合理，生產(chǎn)的樣品得到用戶(hù)認(rèn)可，相比其原有的三軸加工工藝，減少了裝夾和走刀次數(shù)，更高效，得到的紋路精度更高。