復(fù)雜型面數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)研究

畢海波

【摘要】 復(fù)雜型面數(shù)控加工是指以CAD/CAM為基礎(chǔ)的切削仿真及其后置程序處理。其中，切削仿真主要應(yīng)用于數(shù)控程序檢驗，而后續(xù)程序處理主要為刀具軌跡的調(diào)整和處理，是對CAD/CAM編程功能的補充。為提高復(fù)雜型面數(shù)控加工質(zhì)量和加工效率，文章以其核心技術(shù)，即CAD/CAM為基礎(chǔ)研究了切削仿真及其后續(xù)程序處理在產(chǎn)品數(shù)控加工中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 復(fù)雜型面 數(shù)控加工 加工工藝 編程 技術(shù)

機械制造行業(yè)具有產(chǎn)品復(fù)雜、精度高等特點。針對復(fù)雜型面的數(shù)控加工工藝應(yīng)不斷更新。目前，CAD/CAM是數(shù)控切割的核心技術(shù)，為滿足機械制造產(chǎn)品的需求，還應(yīng)結(jié)合切削仿真和后置處理，確保產(chǎn)品質(zhì)量，促進行業(yè)發(fā)展。

一、復(fù)雜型面CAD/CAM編程技術(shù)

CAD/CAM編程技術(shù)以計算機軟件為核心，通過坐標(biāo)系確立、切削參數(shù)確定等完成編程，是復(fù)雜型面數(shù)控加工的基礎(chǔ)。以航空燃油附件殼體為例將其加工工藝和編程技術(shù)做如下分析：

1.1加工坐標(biāo)系建立

加工坐標(biāo)系是數(shù)控刀位源文件生成的基礎(chǔ)，坐標(biāo)原點和運動方向的確立是其主要任務(wù)。其中坐標(biāo)原點的確立方便對刀和尺寸轉(zhuǎn)換。而運動方向則要根據(jù)裝夾擺放位置最終確定。

1.2加工區(qū)域和刀具確定

不同復(fù)雜型面的設(shè)計工藝存在差異，這要求在加工過程中采取針對性的工藝方案，對加工區(qū)域進行細化并使用對應(yīng)的刀具。加工區(qū)域的確定要求設(shè)計人員掌握更專業(yè)的編程技術(shù)，從而提高效率和質(zhì)量。同時不同結(jié)構(gòu)性能要求加工者采用精加工、粗加工等不同的加工方式，有效取出多余材料，確保加工余量均勻。根據(jù)不同工藝和材料選擇合理的刀具，減少換刀次數(shù)。

1.3走刀路徑設(shè)計和控制

走刀路徑對確定可防止過切現(xiàn)象，確保產(chǎn)品切割質(zhì)量，其是工步的內(nèi)容和順序的反映。對于復(fù)雜型面來說，走刀路線應(yīng)滿足盡量縮短路線、減少空程等條件。根據(jù)設(shè)計需求和多年的經(jīng)驗我們將復(fù)雜型面的數(shù)控加工走刀路徑設(shè)計如下：

（1）走刀路徑必須短切避免空刀。即走刀路徑與機床坐標(biāo)軸之間呈0°或90°切削，可有效減小誤差。而之于加工中心零件與坐標(biāo)軸存智或者平行。（2）確保刀具切割的連續(xù)性，過多的提刀轉(zhuǎn)移將降低生產(chǎn)效率，并且易出現(xiàn)誤差。（3）對于深腔結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要設(shè)計工藝為確保其側(cè)壁的成形，另外還要降切割過程對刀具的影響。綜合上述要求我們選擇由上向下逐層繞行的切削方式。

簡單刀路是復(fù)雜型面數(shù)控加工的主要要求，一方面可提高效率，降低誤差，確保走刀的準(zhǔn)確性。一方面可提高刀具的使用壽命。但刀具與坐標(biāo)軸平行或垂直還需要通過切割過程具體確定。

二、切削仿真技術(shù)的應(yīng)用

切削仿真主要用于校驗數(shù)控刀具的軌跡是否正確，以確保切削質(zhì)量。實現(xiàn)了對CAD/CAM簡單刀具軌跡校驗功能的補充，適用于航天制造等產(chǎn)品的復(fù)雜型面加工。切削仿真的應(yīng)用技巧如下：毛坯幾何體的尺寸以未加工的毛料尺寸為主。根據(jù)切削需求確定裝夾壓緊方式，確保足夠的切削刀具長度，使刀具軌跡按照要求行進，提高安全系數(shù)，確保切削量和退刀安全。編程人員作為設(shè)計者，應(yīng)做到對程序運行和程序變更正確預(yù)測。第二：根據(jù)設(shè)計人員所設(shè)計的CAD 模型直接進行切削仿真。一方面節(jié)省了設(shè)計時間。另一方面有效防止過切問題，降低加工報廢率。對于G00快速移動代碼來說，切削仿真技術(shù)并不能確保走刀方向的準(zhǔn)確性，容易出現(xiàn)碰撞或者過切問題。在復(fù)雜型面數(shù)控加工過程中，要熟悉編程軟件，確定正確的加工流程，確保工藝制定的針對性。后置程序是將文本文件轉(zhuǎn)化為可被數(shù)控系統(tǒng)接受的文件，是CAM編程的最后一道工序。不同機床在工作中所需的NC 代碼不同，而后置程序處理的目的就在于將刀具路徑轉(zhuǎn)化為與之相適應(yīng)的代碼。以航空制造企業(yè)產(chǎn)品數(shù)控加工為例，將后置程序處理流程分析如下：（1）制定產(chǎn)品加工后置程序處理標(biāo)準(zhǔn)，本文采用MAHO.MDFA 與HAAS.MDFA兩個標(biāo)準(zhǔn)，用于轉(zhuǎn)化刀位源代碼。（2）采用直線插補與圓弧插補指令完成產(chǎn)品的數(shù)控編程，進行復(fù)雜弧面的三維加工。（3）針對航空燃油附件殼體的特點，將其切削中的G代碼定義為G01、G02、G03格式，分別代指直線插補、順時針圓弧插補和逆時針圓弧插補，以達到簡化程序、便于修改的目的。航空制造企業(yè)產(chǎn)品以三維弧面為主，具有復(fù)雜性特征。手工修改很難實現(xiàn)。而通過加工仿真可生成新工藝和數(shù)控加工流程，滿足大范圍工藝修改的要求，提高效率和質(zhì)量。

三、總結(jié)

數(shù)控加工是航空制造行業(yè)產(chǎn)品和零件復(fù)雜型面的主要加工方法。CAD/CAM技術(shù)是目前行業(yè)應(yīng)用的核心技術(shù)，通過CAD/CAM技術(shù)和切削仿真的應(yīng)用可大大提高產(chǎn)品切割和設(shè)計的準(zhǔn)確度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。未來，切削仿真技術(shù)將進一步完善，從而解決更多程序的走刀問題，促進行業(yè)發(fā)展。

參 考 文 獻

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