復雜型面數(shù)控加工工藝及編程技術的相關探討

余遠杰

摘 要：隨著我國計算機技術的不斷發(fā)展，我國的數(shù)控技術也得到了相當廣泛的應用，集中體現(xiàn)在了對復雜型面零件的加工過程當中。在實際的數(shù)控技術進行應用的過程當中，其操作性是相對較強的，并且具備較強的可移植性和縮放性，在集成化和自動化的機械領域制造當中是相當重要的一部分。在本文當中，首先對數(shù)控加工技術以及數(shù)控編程技術進行了概述；其次對復雜型面數(shù)控加工工藝流程進行了分析；最后對其實際的應用做出了探究。

關鍵詞：數(shù)控加工；數(shù)控編程；復雜型面零件；工藝技術

在我國的國民經(jīng)濟發(fā)展過程當中，其機械制造行業(yè)是相當重要的一個行業(yè)，現(xiàn)代化的科學技術得到了迅速的發(fā)展，在人們的生活當中對于產(chǎn)品本身的多樣化需求也變得越來越多，因此需要對其制造方式進行不斷的改進，利用數(shù)控技術來實現(xiàn)制造行業(yè)的飛速發(fā)展。在數(shù)控技術的實際應用當中，需要和計算機的技術進行不斷的集合，來對產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量進行提升的同時，也可以最大限度的降低勞動率，主要應用在了飛機、輪船以及汽車等行業(yè)，保證了整體產(chǎn)品的穩(wěn)定性能，實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.數(shù)控加工技術以及數(shù)控編程技術

數(shù)控加工工藝，即為根據(jù)所提供的零件的圖樣和基本要求，來進行加工程序的編寫，將其程序運行到數(shù)控機床當中，數(shù)控機床就可以進行零件的加工，，實現(xiàn)對零件的加工。在應用數(shù)控技術的過程當中，充分的對計算機和數(shù)字自動化控制系統(tǒng)進行了結合，節(jié)省了其勞動力的同時，也對零件加工的質(zhì)量和效率得到了提升，在很大程度上減少了零件制造過程當中所產(chǎn)生的誤差現(xiàn)象。

編程技術，主要體現(xiàn)在了CAD/CAM兩個方面，主要是利用坐標系的確立、切削參數(shù)的確定來對程序進行完成，可以說是復雜型面數(shù)控加工的基礎部分。在其實際的應用過程當中，主要包含了對加工坐標系的確定、加工區(qū)域和刀具的確定、走刀路徑的設計和控制這幾個方面。

2.復雜型面數(shù)控加工工藝流程

在數(shù)控加工技術的發(fā)展過程當中，需要實現(xiàn)在數(shù)字化信息的技術基礎上對設備的充分控制，最終實現(xiàn)自動化控制。在數(shù)控加工的實際操作過程當中，數(shù)控編程是一個相當重要的環(huán)節(jié)，需要根據(jù)加工零件自身的圖紙和技術、工藝實現(xiàn)深加工，在刀具運動的軌跡和方向方面，需要根據(jù)實際情況來對其進行程序的編寫，在編寫完成之后，將其輸入到控制介質(zhì)當中，控制介質(zhì)就可以根據(jù)編程文檔中的零件需求來進行加工，其中包括零件輪廓的加工和外形復雜程度的劃分等，在數(shù)控編程的過程當中，需要對圖樣進行分析，確定實現(xiàn)的工藝，對其中涉及到的數(shù)值進行計算之后，還需要對其作出制作，最終對數(shù)值進行核對校驗。在對零件進行圖樣分析的時候，需要掌握和分析出零件的尺寸和精度以及形狀等多方面的因素作出分析，根據(jù)零件自身的設計尺寸來對加工的位置以及刀具的結合位置進行選擇。在對工藝的確定方面，需要對零件加工過程當中的工藝基準和加緊的方式進行分析，在實際情況的基礎上進行工藝流程、工藝順序以及刀具類型等多種因素進行確定和選擇，在對工藝流程進行設計的時候，需要在校準自后的基礎上進行實現(xiàn)，在先面后孔的原則基礎上進行加工，利用粗加工和精加工來進行綜合實現(xiàn)，其中需要值得注意的是零件的加工精度、零件表面粗糙度以及熱處理等情況。在對數(shù)值進行計算的時候，需要對基點坐標值和節(jié)點坐標值進行計算，保證零件的誤差和編程的誤差計算可以降低到最小，從而保證計算結果的精確程度。最后在進行程序編寫的過程當中，需要根據(jù)實際情況來選擇合適的方法，其中如果需要對簡單零件進行加工，則可以利用手工編程的方式；相反如果零件相對復雜的話，則需要利用自動編程的方式進行加工。在應用手動編程的過程當中，其中需要用到的計算量是相對較少的，程序段數(shù)也是有限的，可以直觀的對實際情況進行顯示。但是在進行復雜額定零件的加工過程當中，由于其中的編程量是相對較大的，會造成編程過程的不精確。在自動編程的過程當中，主要是利用計算機當中專業(yè)的編程軟件來進行計算和指令的生成，可以實現(xiàn)刀具路徑的在精確，對曲面進行直接加工。

3.實際的應用

在本文當中，主要以某航空燃料附件殼體金屬的模具當中的單一模塊來作為主要的研究對象，利用了數(shù)控加工CAM的工藝規(guī)劃過程來作為實際應用的例子，如圖2所示，在本文當中主要分為以下幾個方面進行了分析；

3.1建立加工坐標系

在CAD階段實體模型的建立過程當中，主要是在工作坐標系的基礎上進行建立的，其中可以利用兩個坐標系來實現(xiàn)重合現(xiàn)象，坐標系可以根據(jù)實際情況來進行定義。在對其坐標系以及數(shù)控加工技術的實際應用當中，數(shù)控機床的坐標系包括坐標系、坐標原點和運動方向這幾個部分。

從上圖當中可以看出，在對該模塊進行加工的過程當中，采用了模塊底部朝下的方式來進行加工，需要將其放置在工作臺當中，從而可以對壓板的進行靈活存放。利用此種方式可以一次性的實現(xiàn)對模塊的所有型面的切削加工過程。在這個過程當中，對于所加工的坐標方向，需要根據(jù)實際情況來盡心定義，如果垂直于模塊底平面并朝向模塊型面方向用Z 軸來代表，則機床的X 軸方向行程需要大于 Y 軸方向行程，因此 X 坐標軸方向定義為模塊長邊方向；利用此種方式可以對加工者的模塊加工過程進行隨時的監(jiān)督和觀察。模塊型面由低向高方向用Y 軸代表。其中具體的該模塊的加工坐標系如圖2所示。

3.2劃分加工區(qū)域

在對本文當中的實例模塊進行總體加工的過程當中，可以了解到加工的區(qū)域外形為殼體復雜外型面，需要對其中的復雜型腔結構區(qū)域以及包括模具特有結構特征等多種因素來進行分析和了解。在對模塊進行加工的過程當中，如果需要對一個加工范圍進行相對大的定義的時候，也就是需要對模塊外部的邊框進行定義來作為整體的加工區(qū)域范圍。在這種情況下，進行編程的過程當中只需要進行一道精加工的安排的，也就是說做一次加工刀軌路徑計算就可獲得全部精加工刀軌數(shù)據(jù)。但是在此種情況下，對于每一個模塊內(nèi)部所包含的加工特點和切削用量都是不明確的，沒有做出明確的針對分類，從而也對其數(shù)控加工的程序沒有做出針對性的分析。在此種情況下，就需要利用同一把道具來對不同的結構、深淺不一樣的型面進行同時的加工，會造成加工效率的降低的同時，還會造成零件質(zhì)量的降低，對于切削刀具來說也會造成很大的傷害。如果換成一種方式，就是對其加工區(qū)域范圍進行分別定義，就可以在進行數(shù)控加工的編程計算的過程中進行4道精加工工序的安排，最終獲取到全部精加工刀軌數(shù)據(jù)。采用此種方式可以實現(xiàn)對工藝規(guī)劃的最大限度的優(yōu)化，提高了加工程序的針對性和實用性以及加工的效率。

3.3定義加工刀具

在對航空燃料的附件殼體金屬模具進行加工的分析過程當中，其中的成形殼體的外形尺寸是相對較大的，因此對于模具當中的型腔當中的尺寸都相對較大，需要對模具當中的多余用量進行減少和去除。在此種情況下，可以利用較大尺寸的刀具進行模具的粗加工、半精加工和精加工的工作。在對該模具進行型腔曲面結構以凹弧面加工的過程當中，需要利用球頭刀來進行完成。與此同時，可以利用ρ=6mm來對模具內(nèi)部的型腔內(nèi)輪廓面最小曲率半徑進行加工。在實際的切削刀具選擇方面，可以采用半徑為 r=0.9×6 ≈ 5mm的方式，因此，可選定該模具精加工切削刀具為SR5 球頭刀。除此之外，進行粗加工的過程當中，需要選擇較高的加工效率和較多的材料去除量。在本文當中，需要利用φ20的波紋立銑刀進行初步的材料去除工作，對于多余的用量進行切除。在對其進行粗加工之后，在模具的上面會存在著加工余量最大點處，在這個位置處需要取該模具型腔內(nèi)輪廓面最小曲率半徑處。

4.結語

綜上所述，在對復雜型面的數(shù)控加工進行實施的過程當中，作為工藝的設計人員以及編程人員需要對現(xiàn)階段所存在的設備進行分析，根據(jù)實際情況來對其工藝流程進行優(yōu)化。在其工藝線路的優(yōu)化過程當中，可以根據(jù)實際情況和科學的原則進行機床、工序以及編程等多方面因素的選擇和分析，最終實現(xiàn)工藝線路的優(yōu)化。在對其工藝內(nèi)容進行設計的時候，需要保持加工坐標系的準確，從而可以對加工刀具、走刀路徑以及切削用量等做出不斷的優(yōu)化。最后還需要對加工仿真的設計進行優(yōu)化，利用不同的仿真數(shù)據(jù)模型來保證其整體過程的安全性，最終可以發(fā)揮出數(shù)控產(chǎn)品設備的加工優(yōu)勢，保證復雜型面加工的質(zhì)量，實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

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