1 典型曲面零件的分析、加工方法比較分析

    (1)典型曲面的零件分析

    隨著機(jī)械、汽車(chē)、船舶等工業(yè)的發(fā)展，各種由復(fù)雜空間自由曲面構(gòu)成的零件愈來(lái)愈多，選擇了3個(gè)典型零件（見(jiàn)圖1）對(duì)CAXA制造工程師曲面加工方法進(jìn)行研究。

圖1 典型曲面零件

    ①零件1  曲面是由直紋曲面和旋轉(zhuǎn)曲面組合而成，輪廓形狀是由一系列等高線構(gòu)成的，曲面形狀底部比較平坦，側(cè)面比較陡峭；

    ②零件2  曲面是由實(shí)體拉伸生成的，包括多個(gè)型腔，輪廓形狀是由一系列等高線構(gòu)成，曲面形狀部分比較平坦，部分比較陡峭；

    ③零件3  截面形狀較簡(jiǎn)單，但其在Z方向是螺旋形的，即輪廓形狀不是等高線，曲面形狀比較陡峭。

    (2)加工方法比較分析

    目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)數(shù)控加工方法進(jìn)行了大量研究。本文將從加工參數(shù)設(shè)置和不同的精加工方法兩方面對(duì)提高曲面加工質(zhì)量與加工效率進(jìn)行討論。

    ①曲面的粗加工  粗加工是從毛坯開(kāi)始加工，主要是去除多余材料，為精加工打下良好的基礎(chǔ)。CAXA制造工程師中曲面較通用的粗加工方式是等高線粗加工，它適用范圍廣，但不同的加工方式、加工參數(shù)會(huì)對(duì)加工效率和加工余量有較大的影響，下面針對(duì)3個(gè)典型曲面零件不同加工條件進(jìn)行等高粗加工如表1、表2、表3所示。

表1 零件1的等高粗加工

表2 零件2的等高粗加工

表3 零件3的等高粗加工

    從表1、表2和表3可以看出，兩軸半的等高粗加工選用端刀和球刀的加工效果有明顯的區(qū)別，相同的參數(shù)，球刀會(huì)留下較大的殘留高度，使用端刀可以提高效率；粗加工中走刀方式優(yōu)先選擇環(huán)形走刀，因?yàn)榄h(huán)形走刀空刀時(shí)間少，效率高，平行走刀加工效率低；對(duì)于有多個(gè)凹槽的零件2，選用層優(yōu)先，加工完一層后再加工下一層，而選用深度優(yōu)先，則產(chǎn)生的加工軌跡是將這一層所有的內(nèi)外形均在加工到凹形部分時(shí)，先將這一部分的深度加工完再加工其他部分，空刀時(shí)間增多，效率降低；粗加工時(shí)可以給較大的加工誤差，加工誤差越小，則走刀線段越短，加工代碼越長(zhǎng)，加工效率越低。

    ②曲面的精加工  精加工是基于粗加工余量，完成工件的最終加工，以保證精度及表面質(zhì)量。CAXA制造工程師精加工方法中的等高精加工、參數(shù)線加工、導(dǎo)動(dòng)加工和曲面區(qū)域加工是常用的曲面精加工方法，對(duì)3個(gè)典型曲面零件不同加工方式精加工如表4、表5、表6所示。

表4 零件1的精加工

表5 零件2的精加工

表6 零件3的精加工

    從表4、表5和表6可以看出，采用不同的加工方式各種類(lèi)型的曲面精加工取得了不同的加工效果，由等高線構(gòu)成的曲面可用于如零件1和零件2的加工，采用等高線精加工時(shí)這些曲面較陡的部分由較多的刀次，而平坦的部分刀次較少，效果不好。采用曲面區(qū)域加工平坦的曲面會(huì)得到較好的效果，因?yàn)榍�面區(qū)域加工是固定行距，在較平緩的部分由較多的刀次，但曲面較陡的部分效果不如等高精加工；導(dǎo)動(dòng)加工生成的二維代碼，精度高，計(jì)算速度快，但不能應(yīng)用于由多個(gè)凹槽組成的零件2和Z方向是螺旋形的的零件3，零件1采用此加工方法可以大大提高效率和改善加工表面質(zhì)量；零件3輪廓形狀不是等高線，采用參數(shù)線精加工得到的加工效果最好，在加工曲面曲率較大時(shí)，為了獲得更多的走刀次數(shù)，使用行距定義吃刀量，而在加工曲面曲率較小時(shí)，用殘余量定義吃刀量可以得到好的加工效果。

2 加工方法的使用技巧

    在零件1采用導(dǎo)動(dòng)加工方法時(shí)，當(dāng)?shù)毒呗窂杰壽E生成過(guò)程中出現(xiàn)按操作步驟選取輪廓曲線和截面線后，生成不了加工軌跡或生成的加工軌跡與要求不符的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種情況的主要原因是輪廓曲線位置選擇不當(dāng)或加工參數(shù)設(shè)置不正確。導(dǎo)致加工軌跡生成時(shí)要求截面線必須在輪廓線的法平面內(nèi)且與輪廓線相交于輪廓的端點(diǎn)。如圖2所示的平面輪廓曲線1和截面線2，先將曲線1在與曲線2的交點(diǎn)處打斷，當(dāng)順時(shí)針?lè)较蚣庸�時(shí)，輪廓選取方法是先拾取斷點(diǎn)右段，鏈搜索方向是順時(shí)針?lè)较颍�截面線2的搜索方向是向下。當(dāng)逆時(shí)針?lè)较蚣庸�時(shí)，輪廓選取方法是先現(xiàn)拾取左段，鏈搜索方向是逆時(shí)針?lè)较�，截面線2的搜索方向是向下搜索。否則可能生成不了加工軌跡或生成的加工軌跡不符合要求。

圖2 導(dǎo)動(dòng)加工輪廓曲線和截面線

3 結(jié)語(yǔ)

    本文通過(guò)典型零件的自動(dòng)編程和加工對(duì)CAXA制造工程師的等高粗加工參數(shù)的設(shè)置和各種曲面精加工方法進(jìn)行了比較，為初學(xué)者在曲面加工中能夠選取適合的加工方法和設(shè)置正確的加工參數(shù)提供依據(jù)。

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