國內(nèi)復(fù)雜曲面加工的不足及改善

羅詩林

摘??要：隨著我國科技水平的不斷提升，大到航空航天、能源開發(fā)，小到工程模具和人們?nèi)粘３鲂惺褂玫慕煌üぞ摺⑸钣闷返阮I(lǐng)域，都可見到具有復(fù)雜曲面的產(chǎn)品。由此可見，復(fù)雜曲面具有非常好的研究和應(yīng)用前景，已逐漸成為當(dāng)今的科研熱點。

關(guān)鍵詞：曲面加工;數(shù)控機床;工程模具;檢測設(shè)備

中圖分類號：TH161+.1????????????文獻標(biāo)識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.093

1??曲面加工中存在的問題

我國曲面加工中存在的問題體現(xiàn)于以下3方面：①目前，絕大部分機床都是從國外進口的高檔多軸數(shù)控機床，這是因為我國研發(fā)多軸數(shù)控機床的起步較晚，很難達到高精度切削、加工復(fù)雜曲面的目的。雖然我國已經(jīng)開發(fā)并投放到市場一批多軸數(shù)控機床，但是，其加工效果并不能達到要求，一些關(guān)鍵零件仍然依賴于進口，特別是對于控制和檢測系統(tǒng)，還要進一步加大研發(fā)力度。②雖然我國很多公司都開發(fā)了各具特色的多軸數(shù)控機床，但其中的一些基本問題仍未解決。普遍存在的問題是缺乏對高精度復(fù)雜化曲面加工軟件的開發(fā)，而加工軟件對整個機床的正常運行起著關(guān)鍵性的作用。③關(guān)于檢測系統(tǒng)和檢測儀器設(shè)備的研發(fā)有待加強。復(fù)雜曲面加工檢測需要高檔檢測儀器的支持，否則，會產(chǎn)生明顯的錯誤，進而導(dǎo)致加工產(chǎn)品不達標(biāo)。傳統(tǒng)的檢測方法難以檢測復(fù)雜功能表面及其關(guān)鍵機構(gòu)參數(shù)，而高檔檢測設(shè)備可在復(fù)雜零件的法剖面和端截面截形，進而間接測量、檢測零件的結(jié)構(gòu)特征和尺寸。

2??曲面加工的要點和改善方法

2.1??兼顧力學(xué)特性與美學(xué)設(shè)計

加工設(shè)備滿足了指定的工藝中的力學(xué)特性和功能時，產(chǎn)品表面便可達到數(shù)學(xué)方面的高精度層次，而人們對產(chǎn)品外觀的滿意度取決于產(chǎn)品的美學(xué)設(shè)計。復(fù)雜曲面的設(shè)計和制造技術(shù)可決定其自身的發(fā)展和實現(xiàn)各種要求的難易程度。比如，曲面反求技術(shù)、造型設(shè)計技術(shù)決定了復(fù)雜曲面的設(shè)計技術(shù);復(fù)雜曲面的刀具加工和光學(xué)自由曲面加工技術(shù)決定了復(fù)雜曲面的加工技術(shù);各種關(guān)鍵的零部件和可靠的高精度高靈敏控制系統(tǒng)決定了復(fù)雜曲面加工設(shè)備的可靠性。曲面加工是機械加工中的重要組成部分，也是復(fù)雜的項目之一。近年來，市面上大多采用了數(shù)控加工技術(shù)，數(shù)控加工也逐漸成為機械加工的主要方式之一。值得注意的是，加工設(shè)備、加工工藝和操作人員都是加工過程中的關(guān)鍵因素，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2??改良粗加工

在曲面加工中，粗加工是一道必要的加工工序，但是在大型工件的加工中，加工表面往往會存在明顯的粗糙、變形現(xiàn)象。在實際加工中，會出現(xiàn)走空刀的現(xiàn)象，這會降低加工效率。由于毛坯工件的加工難以控制，所以，精加工余量的控制必須得更加得當(dāng)。安裝工件時，一定要均勻地分配加工余量，這樣可減少走刀加工量，從而使復(fù)雜曲面的加工效率提升一個檔次。傳統(tǒng)的機械加工夾具對高精度的要求比較低，特別是對于大型加工工件而言，加工質(zhì)量和參考點的確定無法得到保障。雖然數(shù)控機床曲面加工技術(shù)的發(fā)展較快，但依舊存在很多不足之處，比如曲面加工操作不當(dāng)、參數(shù)與刀具不匹配等，這都對數(shù)控曲面加工產(chǎn)生了很大的影響，特別是在復(fù)雜曲面的加工中尤為明顯。數(shù)控機床經(jīng)常出現(xiàn)非正常運行的情況，這是因為加工人員的素質(zhì)較低，無法及時發(fā)現(xiàn)并排除機床中的安全隱患，進而導(dǎo)致機床產(chǎn)生故障。

2.3??健全建模理論

建模理論主要利用回歸分析法計算機械的切削力系數(shù)。一些理論問題往往需要經(jīng)過反復(fù)論證才能確定，比如加工速度、走刀路徑和進給量等都可通過模型計算出最好的加工參數(shù)。因此，應(yīng)加強計算機對曲面的匹配能力，以及時控制刀具的走刀路徑和走刀反饋，從而做到精加工。

2.4??強化加工理論，提高加工水平

曲面加工需要確切可行的加工理論。目前，有一種高效率的加工技術(shù)可在曲面加工中發(fā)揮很好的作用——數(shù)控高速加工技術(shù)。但我們需要使切削負載更加穩(wěn)定和刀具切削仿真機制更加嚴(yán)格。市場上很多的加工數(shù)控機床中均存在一定的缺陷，這是導(dǎo)致曲面加工不達標(biāo)的主要原因之一。要通過了解現(xiàn)有的機床加工技術(shù)，全面提高對高精度、高靈敏度機床的研發(fā)速度，從而改善現(xiàn)有的加工狀況。應(yīng)開展專業(yè)的復(fù)雜曲面加工培訓(xùn)，從而提高加工人員的專業(yè)。此外，還應(yīng)教育加工人員嚴(yán)格遵守規(guī)范，以防出現(xiàn)錯誤的加工行為。

2.5??合理選擇干涉面

干涉面的選擇是非常重要的，比如，在曲面平行銑削時加工面的周圍和其他表面，如果干涉面的選擇合理，則可避免刀具被撞壞，也可避免不需要加工的面被損壞。因此，合理選擇干涉面減少人為操作埋下的安全隱患，從而提高生產(chǎn)效率。

2.6??合理選擇數(shù)控加工中的刀具

在復(fù)雜曲面的數(shù)控加工中，刀具的選擇是非常嚴(yán)格的。要想具有較高的加工效率和穩(wěn)定的走刀軌跡，就必須配備高剛度、高精度、高耐久度、較好的斷屑和排屑性能、計算功能的刀具。數(shù)控機床刀具的使用次數(shù)會影響加工效果——刀具使用的時間越長，磨損程度就越大。因此，在加工過程中，一定要考慮刀具磨損變形的問題，并根據(jù)不同的磨損程度整體優(yōu)化加工參數(shù)。值得注意的是，必須以數(shù)控刀具的方法替換傳統(tǒng)的定位方法，從而達到高精度加工的目的。目前，環(huán)形銑刀、球頭銑刀、平頭銑刀、圓錐立銑刀和鼓形銑刀是加工曲面的主選刀具。在數(shù)控加工自由曲面的應(yīng)用中，應(yīng)用最廣泛的是球頭銑刀，這是因為它的適應(yīng)能力強，且刀具軌跡計算方便，進而在三坐標(biāo)加工中得到了廣泛運用。隨著數(shù)控機床加工技術(shù)的日新月異，平頭銑刀、環(huán)形銑刀等刀具在四、五軸數(shù)控機床中的應(yīng)用越來越多，提高了曲面加工的效率和切削性能。

2.7??合理運用模擬加工軟件

可運用計算機模擬仿真加工軟件更快、更好地提高曲面加

工的效率和質(zhì)量。在加工過程中，所需的參數(shù)都可在模擬仿真軟件中得到分析和論證，從而確定出更加合適的加工參數(shù)，也可以用此類軟件分析、研究刀具的走刀軌跡，以改善刀具的設(shè)定參數(shù)。由此可見，采用專業(yè)的加工軟件對提升曲面的加工效果是非常明顯的。

3??結(jié)束語

目前，我國的復(fù)雜曲面加工技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，計算機技術(shù)、新興材料的引入對改進復(fù)雜曲面加工有很大的促進作用。因此，應(yīng)從機床的控制反饋和檢測系統(tǒng)、加工軟件、高性能刀具和人員的操作技術(shù)水平等方面加強我國的多軸數(shù)控機床復(fù)雜曲面加工技術(shù)。

參考文獻

[1]丁漢.復(fù)雜曲面快速測量、建模及基于測量點云RP和NC加工[J].機械工程學(xué)報，2003，39（11）：33-36.

〔編輯：張思楠〕

Problems?and?Improve?the?Domestic?Complex?Curved?Surface?Processing

Luo?Shilin

Abstract：?With?the?level?of?Chinas?science?and?technology?constantly?improve，?to?aerospace，?energy?development，?small?to?engineering?mould?and?people?travel?daily?use?traffic?tools，?daily?necessities?and?other?fields，?can?see?products?with?complex?curved?surfaces.?Thus，?the?complex?surface?has?the?research?and?the?application?prospect?is?very?good，?has?gradually?become?the?hotspot?of?scientific?research?today.

Key?words：?surface?machining;?numerical?control?machine?tool;?engineering;?testing?equipment