淺談加工中心加工復(fù)雜三維曲面的分析

黃丹丹

【摘 要】在機(jī)械加工中我們經(jīng)常會(huì)遇到一些比較復(fù)雜的三維曲面的加工，如何利用合適的設(shè)備，合理的工藝，正確的刀具路徑加工是我們一直需要考慮的事情。有一批復(fù)雜的零件，需要運(yùn)用五軸加工中心能很容易加工出來(lái)，由于操作車(chē)間只有三軸立式加工中心，結(jié)果我利用簡(jiǎn)單的工裝，分步加工，合理設(shè)計(jì)加工工藝，最終用三軸加工中心加工出了這批零件，取得了最大的經(jīng)濟(jì)效益！

【關(guān)鍵詞】三軸立加；復(fù)雜曲面；Mastercam刀路；傾斜裝夾

0 前言

加工中心是現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的重要組成設(shè)備，它的通用、靈活、高效率、高精度、同質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，決定了該設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛。但如何提高加工效率，降低廢品率成為眾多企業(yè)共同探討的問(wèn)題。在機(jī)械加工中我們經(jīng)常會(huì)碰到一些異形復(fù)雜的零件，有些需要四軸或者五軸加工中心來(lái)加工。但是現(xiàn)在的五軸加工中心價(jià)值不菲，動(dòng)則上百萬(wàn)，不是每個(gè)企業(yè)都能承受。那么有些零件我們可以通過(guò)加工工藝的設(shè)計(jì)，零件的裝夾方法等方面著手，利用三軸加工中心生產(chǎn)，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

表1 加工工藝卡

1 問(wèn)題提出

圖1所示零件是某模具上注料的圓轉(zhuǎn)方的過(guò)渡板，此零件的難點(diǎn)就在于中間內(nèi)腔部分是圓轉(zhuǎn)變方形的曲面結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度大于圓的直徑，而長(zhǎng)方形的寬度小于圓的直徑，從長(zhǎng)方形長(zhǎng)邊方向看過(guò)去是個(gè)倒八的結(jié)構(gòu)，但是從短邊方向看過(guò)去卻是正八的結(jié)構(gòu)。由于長(zhǎng)方形的寬度小于圓形的直徑，若采用三軸立式加工中心進(jìn)行加工的話，不管從哪邊下刀加工刀具和零件都會(huì)造成干涉。此類(lèi)零件加工時(shí)需要主軸或者工件能夠旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)角度才能進(jìn)行加工。通常情況下，最好是使用五軸立式加工中心進(jìn)行加工生產(chǎn)。由于沒(méi)有五軸的加工中心，受到加工條件的限制。在現(xiàn)有的加工條件下，如何合理地針對(duì)產(chǎn)品特性進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)，并采用現(xiàn)有的設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效的加工？在軟件上對(duì)產(chǎn)品復(fù)雜曲面——圓轉(zhuǎn)方曲面的分析和研究，得到結(jié)論：可以利用夾具對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一定角度的擺放裝夾，在三軸立式加工中心上是可以進(jìn)行加工的。現(xiàn)就此產(chǎn)品運(yùn)用三軸立式加工中心所設(shè)計(jì)的加工工藝及工序進(jìn)行剖析。由于本產(chǎn)品除了圓轉(zhuǎn)方曲面相對(duì)復(fù)雜外，其他需要加工部位較為簡(jiǎn)單，所以本文主要就圓轉(zhuǎn)方曲面部位的加工進(jìn)行闡述。

2 問(wèn)題分析、處理

我先運(yùn)用Mastercam軟件繪制出了零件中間內(nèi)腔的曲面部分，如圖2所示，若采用三軸立式加工中心上進(jìn)行加工該組曲面，不管從哪邊加工刀具和工件都會(huì)干涉。由于長(zhǎng)方形這一面的開(kāi)口范圍大于圓形那面，所以決定從長(zhǎng)方形這面下刀加工，分三步把曲面部分加工出來(lái)。

圖2

第一步，先在零件的中心鉆一個(gè)通孔。此零件的外形是規(guī)則的長(zhǎng)方體，所以選用臺(tái)虎鉗進(jìn)行裝夾比較方便。由于零件中間是全部貫通的，為了更大程度地節(jié)約加工時(shí)間，提高加工效率，在工藝上先用？覫16的鉆頭從中心將零件鉆穿，然后分別用？覫22和？覫25的鉆頭擴(kuò)孔，先除去一部分余量，這樣也方便后面的銑刀垂直下刀保護(hù)刀具以及提高加工效率。

第二步，將長(zhǎng)方形的垂直投影區(qū)域加工出來(lái)。使用粗加工挖槽方式加工曲面，刀具選取？覫12的平底銑刀，進(jìn)刀選項(xiàng)中選擇指定點(diǎn)下刀，而下刀點(diǎn)則選擇工件的零點(diǎn)，挖槽方式選擇等距環(huán)切并選擇由內(nèi)而外環(huán)切，這樣銑刀可以從剛才鉆孔位置下刀從而保護(hù)刀具。

選取如圖3所示的左右兩邊的橙色曲面部分粗加工，余量留0.2mm，曲面粗加工完成后，再用R6的球刀精銑圖4中兩邊橙色的曲面，在Mastercam中選取曲面精加工-等高外形加工。

圖3

第三步，零件左右兩側(cè)加工完畢后，開(kāi)始加工圖3上下綠色部分的曲面。由于這兩部分的曲面有向外的拔模角，如果工件水平放置的話刀具和工件干涉無(wú)法加工，我想將零件旋轉(zhuǎn)一定的角度，這樣刀具就可以加工到零件的底部而且也避免了刀具干涉。經(jīng)過(guò)電腦計(jì)算和分析，我將工件旋轉(zhuǎn)10度裝夾，剛好可以將這部分的曲面加工完。

為了節(jié)約成本，我沒(méi)有做復(fù)雜的夾具，而是用銑床加工了兩塊10度的墊鐵，墊在工件下方并用虎鉗裝夾工件，這樣可以保證工件傾斜10度的裝夾。

工件傾斜10度裝夾好后，因?yàn)榧庸け砻娌皇瞧矫妫ぜ踢呉粋?cè)的加工坐標(biāo)零點(diǎn)和Z軸的零點(diǎn)很難找到，如果直接對(duì)開(kāi)口的尖角，誤差會(huì)很大，為了減少工件的加工誤差，這時(shí)對(duì)刀就需要借助一些輔助措施。我用了一把6mm的直柄銑刀輔助對(duì)刀，如圖4所示，在長(zhǎng)方形臺(tái)階處放一把6mm銑刀，對(duì)刀時(shí)只需要對(duì)銑刀頂端，然后正向偏移1.09mm的位置就是Z軸的零點(diǎn)，對(duì)銑刀外圓的左側(cè)向右偏移31.1mm就是X軸的零點(diǎn)，Y軸直接利用工件對(duì)稱(chēng)分中就可以了，以上這些對(duì)刀所需的數(shù)據(jù)都可以通過(guò)電腦軟件計(jì)算分析得出。

圖4

工件裝夾對(duì)好刀后，先用？覫12mm的平刀粗加工，因?yàn)楝F(xiàn)在所加工的曲面是個(gè)陡斜面，高低差比較大，使用等高外形粗加工方式比較合適，抬刀較少，刀具路徑如圖5，精銑時(shí)用R6的球刀，刀具路徑如圖6。另一邊的曲面是對(duì)稱(chēng)的，加工只需將工件旋轉(zhuǎn)180度裝夾，按照以上的步驟對(duì)刀，并使用相同的程序加工。這樣此零件的所有切削均已完成。

由于此零件通過(guò)是裝夾三次才完成加工的，裝夾和對(duì)刀多少會(huì)存在一些定位誤差，所以在工件內(nèi)腔的四個(gè)角一定會(huì)有接痕，需要用砂紙或者油石打磨修光。

圖5 圖6

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，此模具型腔曲面圓轉(zhuǎn)方，雖然在五軸上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但在立式三軸加工中心上只要充分地分析好產(chǎn)品特性，并運(yùn)用恰當(dāng)?shù)募庸すに嚪椒ㄒ餐瑯涌梢赃_(dá)到其最終所要求的加工效果，同樣可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益.可見(jiàn)大膽創(chuàng)新是提高生產(chǎn)效率，增長(zhǎng)利潤(rùn)的有效途徑，模具加工的每道工序及其加工工藝都是非常關(guān)鍵的，每道工序也只有通過(guò)多次比較，反復(fù)論證，才能找到最好的方案，才能最大發(fā)揮機(jī)床的性能，滿(mǎn)足加工的需要。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]