五轴数控技术在多维曲面零件加工的应用

0 引言

　　多维曲面零件是切削加T的一个难点，除了要求应用多轴机床之外，多轴编程技术是其中的关键，合理地设置加工刀路是零件表面精度及尺寸精度的重要保证。本文以人的头像加工为例，论述和分析了五轴切削对多维曲面零件加工的实际应用。

　　头像是多轴数控加工一类典型的产品，具体见图1所示，针对该产品曲面多而复杂，表面质量、尺寸精度要求高等特点，在加工工艺上采用三轴加工开粗、五轴联动精加工相结合，配合程序优化的思路，来提高产品的加工质量和加工效率。

图1头像的模型 

1 头像加工工艺分析

　　1.1 模型分析(如图1所示)

　　本次试做工件的材料为硬铝。头像的主要尺寸为：最大的直径为?100mm。最小圆角半径为0.6mm，人像的圆柱形轮廓尺寸100mm×100mm。

　　由于头像本身属于复杂曲面零件，同时设计要求精度达到IT7，表面光洁度达Ra1.6。其面部结构比较复杂，在耳朵、眼睛、嘴巴附近有多个小曲面，曲面的最小宽度只有1-2mm，这对刀具的要求很高，这种曲面只能采用直径1mm的刀具。由于刀具直径小，为了避免断刀或粘刀。在实际加工过程中要求切削深度不能太大，采用少切削量，高转速加工，同时进给速度不能过快。

　　1.2加工工艺分析

　　在刀路编制过程中为了使刀路更加流畅，选用三轴加丁进行零件的粗加工，精加工则选择五轴联动的加工方法，使切削过程更加连续，减少抬刀次数。保证加工质量。

　　由于粗加工采用三轴的加工方法。因此需先分析零件在加工方向上的刀具干涉问题。其中采用UG软件的模具分析功能：通过各个方向的分析可见，每个方向都存在刀具干涉的问题，但通过对各个方向的轮流加工，可以避免刀具干涉的问题解决，也就是说当采用五个方向加下的话，可以将该人像零件的整个轮廓都可以粗加工到位。

图2刀具干涉分析结果 

　　因此确定头像的粗加工流程：采用五面加工。即为前侧面、后侧面、左侧面、右侧面和顶面的五个面加工。

　　1.3 加工的设计过程：

　　1.3.1 建立加工所徭要的模型．包括产品设计、准备坯料和CAD文件。

　　1.3.2设计加工所需要的数据及加T操作环境，包括选择加工机床(选用五轴机床)、加工坐标系(五轴机床，包括3个移动轴和2个转动轴)、设计夹具，挑选加工刀具(平底刀，球头月)、设定加工参数、加工方法(采用曲面加工)等。

　　1.3.3加工程序设计(设计加工方式)，刀具路径设计产生加工刀具路径数据，后处理程序(经由后处理程序进行加T参数的转移)，NC—CODE(输出五轴机床及控制器所需的机器码并进行加工过程)。

2 头像的程序编制

　　2.1 整体加工刀路规划和装夹

　　五轴数控粗加工时。首先以头像的底面为装夹面．对头像依此绕C轴旋转90度加工4个侧面，4个侧面加工完工后再绕A轴旋转90度加工顶面。人像面部的精加工分2步走，先用4轴加工方式进行半精加工，再进一步五轴加工方式精加工头像顶面与面部上的小曲面(耳朵，眼睛，嘴巴)，以保证整个加工质量及表面精度。具体如图3所示。

图3头像加工流程