復雜曲面維納斯的加工工藝設計研究

王國棟

摘 要：復雜曲面零件的數(shù)控加工工藝設計主要是利用三軸或者四軸加工中心，將零件固定以后，在高速加工過程中，采用多種刀具，完成毛坯多余材料的去除，進而獲得符合設計要求的零件成品的過程。因此，毛坯的選擇較為重要，其形狀和尺寸應該選擇與成品零件接近的，這樣，不斷會大大的減少勞動量，提高生產效率，也會大大的提高材料的利用率，降低生產成本。目前，我國毛胚制造的方法大多數(shù)采用鍛造和鑄造技術，所以毛坯尺寸和形狀如果發(fā)生改變，那么模具也要重新制造。因此，本研究從毛坯的材料類型和成型工藝著手進行，選擇使用塑性成型的鋁合金圓棒料鍛件作為毛坯，由于材料價格較貴，所以要控制毛坯尺寸。

關鍵詞：復雜曲面;數(shù)控加工;數(shù)控加工工藝;高效加工;

1、數(shù)控加工仿真研究

經過研究發(fā)現(xiàn)，由于仿真系統(tǒng)僅對加工過程進行仿真運行，對其加工質量不能進行有效的分析，對工件的尺寸精度不能進行實際的測量，因此，整個加工過程在模擬完成以后，其所得的仿真結果還需要進行加工驗證。為了提高加工效率和加工精度，在加工之前，需要對加工過程中所用到的參數(shù)進行分析，保證參數(shù)的合理性，預測出產品的質量。然后再選用合適的加工中心進行現(xiàn)場加工。

本文以加工維納斯人體模型零件為例，使用數(shù)控機床對其進行加工。加工前要首先確定裝夾方案。并檢查毛坯余量，并選用三爪自定心卡盤裝夾工件。安裝時，夾具夾緊部位不得小于15mm，在工件表面要采用防夾傷表面的裝夾方式。使用百分表對工作表面進行打表找正，同時也不能忽略實際加工時工件裝夾的可靠性，然后確定加工順序。

2、加工過程研究

（1）根據(jù)實際加工情況，初步確定加工步驟方案。

圖紙分析及圖紙轉換 ? ? ? ? ? ? ? ? 10min

（2）使用CAXA軟件進行零件圖紙轉換，滿足加工要求。

自動加工工藝分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 30min

（3）對于加工工藝的初步制定要考慮刀具的選擇、加工的材料、機床的類型和經濟性。

刀具選擇 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 10min

（4）由于銑削過程是斷續(xù)切削，刀具切削部分要承受較大的壓力、較高的溫度和劇烈的摩擦作用，因此容易發(fā)生磨損。銑刀材料的好壞，直接影響加工質量和效率。所以必須根據(jù)零件的材料、加工參數(shù)、機床的剛性，合理選擇刀具，并進行對刀。

切削參數(shù)選擇 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20min

（5）根據(jù)原始加工資料和現(xiàn)狀進行合理設置切削參數(shù)，并進行試切加工。

工藝卡編制 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20min

（6）使用CAXA CAPP制定出工藝卡。并打印成紙質文檔。

自動加工操作及步驟 ? ? ? ? ? ? ? ? 90min

（7）刀具安裝、檢查刀位號是否正確，還要注意加工過程中的刀具補償。

實體校檢測量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20min

（8）使用百分表、游標卡尺等對工件進行檢測。

輸出加工后的數(shù)控加工工藝數(shù)據(jù) ? ? ? 10min

（9）使用CAXA CAPP制定新的加工工序卡。

機床加工操作實踐總結與優(yōu)化 ? ? ? ? 50min

經過分析得出數(shù)控切削加工過程中要注意和解決的問題：

（1）用銑刀加工零件時，應該盡量保證銑刀的正確下刀位置，刀具應在零件實體以外區(qū)域下刀，且避開夾具位置，避免發(fā)生碰刀事故。

（2）銑削加工過程中，應該注意對加工設備進行合理的選擇。

（3）典型復雜曲面零件的加工工藝總結。

（4）曲面加工的編程方法加工分析與后置處理分析。

（5）注意保證尺寸精度的磨耗余量及確定。

（6）表面粗糙度精度的檢測與控制。

（7）加工結果的數(shù)據(jù)分析優(yōu)化。

3、加工精度控制研究

（1）由于材料選用的是鋁合金AlMgSiCu，所以加工中需要注意以下問題：

①刀具加工鋁合金AlMgSiCu時，由于材料內部存在硬質點的原因使刀具容易磨損。使刀具前刀面殘生凹坑，造成黏刀現(xiàn)象，會在刃口形成微笑豁口。

②由于加工時刀具轉速可以達到5000r/rmin，所以刀具表面溫度非常高。

③切削鋁合金時，切屑形狀是連綿不斷的，所以容易參繞在刀具上或損傷已加工表面。

（2）加工中心的加工精度主要從以下四個方面進行控制：

①控制切削力：盡量減少或者是避免在加工過程中因切削力而引起的工件和刀具變形以及切削熱的產生。

②控制切削熱：盡量減少或者是避免在加工過程中因切削熱而產生的熱變形誤差，確保加工精度。

③控制切削震動：切削震動是由動態(tài)切削力產生，對加工精度影響較大，能夠破壞己加工表面，甚至阻礙切削的進行。

④控制粗糙度。

4、加工精度對比優(yōu)化

經過對零件反復加工后進行測量后，分析出得出由于材料選用的是鋁合金AlMgSiCu，所以通過采用普通加工方式與改進后的加工方式的零件精度進行對比分析，發(fā)現(xiàn)需要做以下改進：

（1）刀具加工鋁合金AlMgSiCu時，由于材料內部存在硬質點的原因使刀具容易磨損。使刀具前刀面殘生凹坑，造成黏刀現(xiàn)象，會在刃口形成微笑豁口。普通加工時選用的是常用銑刀，這里改為獅王牌鋁合金專用銑刀。

（2）由于加工時刀具轉速可以達到6000r/min，所以使刀具表面溫度非常高。這里可根據(jù)機床和刀具的加工性能，改為4800r/min左右。這樣既保證了質量也避免了產生較大的切削熱。

（3）切削鋁合金時，切屑形狀是連綿不斷的，所以容易參繞在刀具上或損傷已加工表面。所以本文采用分階段加工的方式，精加工余量只留0.2mm。

（4）數(shù)控加工時冷卻液采用的是乳化液，但經過加工對比，采用切削油加工鋁合金可以更好的控制切削熱與表面粗糙度，確保加工精度。

（5）用銑刀加工零件時，應該盡量保證銑刀的正確下刀位置，刀具應在零件實體以外區(qū)域下刀，且避開夾具位置，避免發(fā)生碰刀事故。

（6）加工維納斯零件時，由于會產生過切現(xiàn)象，所以要根據(jù)輪廓中最小的內圓弧進行設定加工參數(shù)。

參考文獻：

[1] 崔方圓.復雜零件的數(shù)控加工工藝研究.西安：西安工程大學碩士論文，2016

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[3] 易紅主編.數(shù)控技術. 北京 ： 機械工業(yè)出版社 ，2005

[4] 徐正平.機床制造技術的精品盛會.制造技術與機床 ，2005（6）：18 ～ 24