數(shù)控加工中曲面加工方法的比較

摘 要：在數(shù)控加工中有多種曲面加工的方法，而不同的加工方法會(huì)對加工效率與加工質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，通過分析比較各種曲面加工方法，綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，有利于工程技術(shù)人員選擇最優(yōu)的加工方式。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；CNC；曲面加工；MasterCAM

在目前的機(jī)械制造領(lǐng)域，數(shù)控加工技術(shù)（Numerical Control Machining）應(yīng)用非常廣泛，是一種在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝方法。數(shù)控機(jī)床相對于傳統(tǒng)的普通機(jī)床在操作上有著本質(zhì)的區(qū)別，前者主要依靠計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（Computerized Numerical Control，簡稱CNC）來操作機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工，后者則是以手動(dòng)的方式來進(jìn)行加工，而且CNC加工還具有高精度、高效率、自動(dòng)化程度高、能夠加工復(fù)雜零件的特點(diǎn)[1]。所以對于一些精度要求比較高的曲面零件就需要使用數(shù)控加工技術(shù)才能完成加工，一般流程是由技術(shù)人員用數(shù)控加工的編程軟件對該零件的3D模型進(jìn)行刀路的編制，然后再將模擬仿真并加以修改后的合格刀路程序傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。文章將以常用的數(shù)控加工編程軟件MasterCAM為例，比較曲面加工中的不同方法，探討其加工特點(diǎn)與應(yīng)用。

1 MasterCAM軟件簡介

MasterCAM軟件是美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的CAD/CAM軟件，它包含了二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、刀路模擬等多種功能，提供了設(shè)計(jì)與加工的理想環(huán)境，被很多中小企業(yè)廣泛采用。其中數(shù)控編程的Mill模塊中，對于曲面零件的銑削加工部分，提供了平行銑削、流線加工、等高外形、環(huán)繞等距等多種曲面加工的刀具路徑方法[2]。

2 曲面加工方法的比較

2.1 平行銑削加工

對于要加工如圖1-a圖所示的曲面零件，一般可以規(guī)劃加工的工藝路線為：整體開粗——半精加工——曲面精加工——局部清角加工，其中我們將重點(diǎn)探討曲面精加工部分的刀具路徑[3][4]。在Maste

rCAM X3的軟件中，所有的曲面精加工命令都可以在菜單欄“刀具路徑”——“曲面精加工”彈出的二級菜單中找到。

2.1.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。啟動(dòng)加工命令“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工平行銑削”，在繪圖區(qū)選擇加工對象，并設(shè)置干涉曲面、邊界范圍——在彈出的“曲面精加工平行銑削”對話框中，分別設(shè)置本例的刀具為D10球刀，進(jìn)給率為500mm/min，下刀速率為600mm/min，提刀速率2000mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為3200r/min，加工面預(yù)留量為0。另外，平行銑削參數(shù)設(shè)為最大切削間距0.2，加工角度為0度。

2.1.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖1中的（b）圖所示，可以看出“平行銑削”的刀路只能沿著某一特定的角度進(jìn)行走刀，通過調(diào)整切削間距參數(shù)來控制刀路的加工細(xì)膩程度。而對于圖1（a）圖中的曲面零件，由于該零件整體外形為彎曲的半圓形結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)平行銑削的刀路來到彎角處時(shí)，就出現(xiàn)了無法切削的情況，如圖1（b）圖的箭頭處所示。所以“平行銑削”的方法適合于加工比較平緩的淺平面或曲面，而且在這四種曲面加工方法中加工時(shí)間是最少的，但對于有交叉的陡斜面，則容易出現(xiàn)無法切削的情況。

2.2 流線加工

2.2.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。仍然以圖1的（a）圖曲面零件為例，啟動(dòng)“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工流線加工”，在繪圖區(qū)選擇加工對象，并設(shè)置干涉曲面、流線方向等參數(shù)——在彈出的“曲面精加工流線”對話框中，刀具及加工參數(shù)部分與2.1一致。另外，流線加工參數(shù)設(shè)為距離0.3。

2.2.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖2中的（a）圖所示，可以看出使用“流線加工”的刀路，加工出該曲面零件的表面非常光滑，加工效率也很高，刀路沿著曲面的流線來回運(yùn)動(dòng)（如圖2（a）圖的箭頭所示），特別適合于這種流線曲面的加工。

2.3 等高外形加工

2.3.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。繼續(xù)以圖1的（a）圖曲面零件為例，啟動(dòng)“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工等高外形”，在繪圖區(qū)選擇加工對象，并設(shè)置干涉曲面、邊界范圍等參數(shù)——在彈出的“曲面精加工等高外形”對話框中，刀具及加工參數(shù)部分與2.1一致。另外，等高外形加工參數(shù)設(shè)為Z軸最大進(jìn)給量0.2。

2.3.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖2中的（b）圖所示，由于“等高外形”的刀路是以Z軸等距分層進(jìn)給的方式來下刀，當(dāng)加工對象為半圓曲面形狀時(shí)，其頂部曲面越來越淺，加工效果也越來越粗糙；而越往下，曲面越來越陡，其加工效果卻越來越光滑。所以“等高外形”的刀路只適合加工陡斜面的零件，而不適合用于平坦的曲面零件。

2.4 環(huán)繞等距加工

2.4.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。繼續(xù)以圖1的（a）圖曲面零件為例，啟動(dòng)“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工環(huán)繞等距加工”，在繪圖區(qū)選擇加工對象，并設(shè)置干涉曲面、邊界范圍等參數(shù)——在彈出的“曲面精加工環(huán)繞等距”對話框中，刀具及加工參數(shù)部分與2.1一致。另外，等高外形加工參數(shù)設(shè)為最大切削間距0.2。

2.4.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖2中的c圖所示，“環(huán)繞等距”的刀路是以沿著三維曲面表面等步距的方式生成環(huán)繞中心的刀路，可以保證刀具在曲面上每個(gè)位置走的步距都一致。所以對于大多數(shù)的曲面零件都可以考慮“等距環(huán)繞”的刀路，不過如果有曲面相交變化太大的地方，則會(huì)出現(xiàn)過切或無法切削的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

在數(shù)控加工中采用不同的加工方法會(huì)對零件的加工效率和加工質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，通過對一些曲面加工方法分別進(jìn)行比較，讓工程技術(shù)人員在使用MasterCAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，能夠針對特定的加工對象來選擇合理的曲面加工刀具路徑，綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，從而選擇最優(yōu)的加工方法。

參考文獻(xiàn)

[1]（德）約瑟夫·迪林格.機(jī)械制造工程基礎(chǔ)[M].楊祖群譯，湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2013：507-510.

[2]陳銀清，鄭澤鈿.基于MasterCAM自由曲面加工刀具路徑優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造工程，2014（5）：46-51.

[3]沈建峰，韓鴻鸞.MasterCAMX3數(shù)控造型與加工[M].北京：中國電力出版社，2010：225.

[4]繆德建.CAM中曲面加工方法的選擇[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2001（5）：16-17.

作者簡介：張偉雄（1986-），男，廣東梅州人，教師，在讀碩士，主要研究方向：機(jī)械工程、模具CAD/CAM。