復雜型面零件的數控加工工藝研究

代福增

（中捷職業技術學校，河北 滄州 061000）

0 引言

現代先進制造技術目前正朝著數字化、自動化、智能化、集成化、網絡化的方向發展，多軸數控機床在先進制造生產過程中的使用越來越廣泛[1-7]。特別是針對某些多種空間結構集于一體的多面體孔系零件和具有復雜空間曲面的機械零件，多軸加工中心顯示出了極大的加工優越性。多軸數控機床的使用極大的促進了現代制造一體化集成技術和管理信息現代化技術的發展，并促進了其在現代先進制造業中的推廣和應用。數控加工工藝設計決定了產品零部件的加工操作方案與詳細的實現步驟，對產品的質量和制造成本具有重大的影響[2]。近年來，國內很多學者對復雜零件的數控加工工藝所涉及的各項技術，做了大量的研究，并引進了大量的高端多軸數控加工機床。但是出于對商業技術的保密，國外不可能將有關復雜零件數控加工工藝設計中的核心技術對外公布。由于國內對CAD/CAM核心技術掌握的不夠，目前在有些企業造成了大批高端數控機床被閑置的浪費現象。因此，將先進的CAD/CAM技術與實際工程應用相結合，在實踐中探索出一條有關復雜零件數控加工工藝設計方面的路徑己經迫在眉睫[8-10]。

1 基于CAXA制造工程師軟件的多軸數控加工技術

1.1 基于CAXA制造工程師主模型的數控編程方法

CAXA制造工程軟件作為一款集CAD/CAM/CAE為一體的面向制造業的綜合性軟件，集成了建模、加工、機床仿真等多個模塊。建模模塊具有曲面建模、特征建模等強大的建模功能，可以用于己有產品的三維造型，也可以用于新產品的研發設計;加工模塊能進行刀位計算并生成加工運動的刀位軌跡，通過后置處理還可以生成NC程序代碼;機床仿真模塊可以建立接近實際機床的仿真模型，通過模擬刀具和工件之間的真實切削過程，有效地檢查機床在加工運動過程中所產生的干涉或過切現象。軟件真正做到了基于一個平臺，實現了產品從設計開發到加工制造所需數據信息的無縫連接，為復雜零件的數控加工工藝設計提供了一套完整的設計、分析和制造方案。它不僅提高了設計、生產效率、縮短了研發周期，在快速響應客戶需求，增強市場競爭力具有非常重要的意義[11-13]。

1.2 基于CAXA制造工程軟件的數控加工流程

圖1 數控加工流程Fig.1 NC machining process

2 復雜型面零件的數控加工工藝分析實例

針對這類形狀復雜、多種空間結構集于一體的復雜零件，選用了圖2所示某復雜結構的典型零件為例，對其進行數控加工工藝設計。

由圖2可知，該零件的空間結構較為復雜，需要加工的位置較多，需要對多個基準表面和多個表面上的縱橫交錯的輪廓進行加工。

2.1 加工工藝分析與規劃

2.1.1 加工工藝分析

加工難點分析：由于該產品零件需要加工的面比較多，為了完成所有型面的加工，采用高精度的四軸聯動數控機床可以有效地解決這一問題，因為在加工過程中僅需一次裝夾便可完成所有型面的加工，定位基準統一，既能保證加工精度、滿足零件的技術要求，又能有效地縮短生產周期、降低生產成本。

2.1.2 加工工藝規劃

主要包括以下幾個方面：走刀路線確定；加工刀具的選擇；加工區域劃分；加工余量測量；加工位置選擇等。由以上的加工工藝分析和加工工藝規劃，最終確定如表1所示的加工工藝方案。

2.2 基于CAXA制造工程軟件的參數化建模

通過繪制最終完成的所選取零件三維模型如圖3所示。

圖3 某典型復雜型面零件三維模型Fig.3 Three-dimensional model of a typical complex profile part

2.3 基于CAXA制造工程軟件的數控編程

（1）根據模型，完成圖4和圖5加工方式、刀具選擇、軌跡規劃、加工內容等工藝設定。

（2）建立各個加工基準面的工件坐標系，如圖6所示。

（3）進行綜合仿真和檢查，其部分加工仿真效果如圖7所示。

圖2 某典型復雜型面零件圖Fig.2 A typical complex profile part drawing

表1 某典型復雜型面零件加工工藝流程Table 1 Process flow of a typical complex profile part

圖4 加工方式選擇Fig.4 Processing method selection

圖5 軌跡管理Fig.5 Trajectory management

（4）生成工藝清單。全選刀具軌跡，單擊右鍵選擇“工藝清單”選項，輸入相關名稱等數據，因為加工操作很多，在這里依然選擇部分程序進行處理。

圖6 建立工件坐標系Fig.6 Establish the workpiece coordinate system

圖7 加工仿真效果圖Fig.7 Processing simulation rendering

圖8 工藝清單生成圖Fig.8 Process list generation diagram

圖9 NC程序代碼片段Fig.9 NC program code fragment

（5）后置處理。生成的加工NC程序代碼片段如圖9所示。

（6）程序輸出。對于自動生成的程序可以通過接口直接輸入給車床，由機床進行實際加工。實物圖如圖10所示。

圖10 零件實物圖Fig.10 Part physical map

3 結論

本文基于CAXA制造工程軟件制定了一套完整的無紙化在多軸數控加工中心上加工復雜零件的數控加工工藝方案，不僅具有重要的學術意義和工程應用價值，也為其他相似復雜零件的數控加工工藝方案設計提供一定的理論依據和參考價值，有效提高企業生產效率與效益。