大型雕塑曲面零件五轴联动数控技术

　　2.大型雕塑曲面零件的数控加工刀具选择

　　对于大型雕塑曲面零件的五轴联动数控加土用刀具，以采用大直径面铣刀加工为佳。目前比较著名的刀具制造商有Sandvik, Ingersoll, Kennametal,Seco等，其中Sandvik的CoroMill 200系列圆刀片面铣刀，特别适合雕塑曲面零件的半精加工和精加工;Kennametal公司的220/221系列刀具具有耐冲击和刚性好等优点，适合粗加工快速大吃刀量加工，图5所示的是Sandvik和Kennametal公司的刀具图片。选择刀具的直径应根据雕塑曲面零件的曲率大小来确定，原则是刀具半径应该小于雕塑曲面凹曲面的最小曲率半径，但也不宜太小，否则将使加工效率降低。对于曲率半径变化太大的雕塑曲面零件，也可以把整个零件划分成不同区域，选择不同直径的刀具，以提高加工效率。

四、五轴数控加工刀位计算和仿真

　　雕塑曲面零件的五轴联动数控加工刀位计算方式在CAMAND软件中有INTERP(插值)、NOR-MAL法向)、TILT(倾斜)和TANGTO(切向)等多种方式，但对于大型雕塑曲面零件，最常用的是以TILT方式来加工，这种加工方式加工时的刀具轴和切削点曲面法矢成一定的前后倾角(Lead/LagAngle )或侧倾角(Right/Left Angle)，图6所示的是TILT方式刀轴示意图。

　　1.五轴联动数控加工刀位计算

　　在CAMAND软件中，用TILT-方式加工雕塑曲面零件，其刀位计算过程:首先选择“NumericalControl”的“Flowline Surfaces”功能，"Flowline Surfaces”这种加工方式实际t就是沿曲面的参数线方向加工;其次设定刀位名称(可用“New”或“Rename"功能)，选择加工坐标系和起刀点，再输人相应的刀具参数(刀具直径、刀具长度、切削刃形状尺寸、切削参数等)，设置好进出刀参数，选择干涉检查曲面及设定参数后，再点击刀位讨一算功能，选择加工曲面并定义切削方向以及刀轴控制方式TILT方式，一般设置加前倾角，即沿切削方向前倾一个2~10°的角度;最后完成该曲面的五轴联动加工刀位计算。图7所示为一雕塑曲面的五轴加上刀位。

　　2.切刘仿真和机床仿真

　　对于大型雕塑曲面零件，由于毛坯造价高，而且为了机床、刀具和工装的安全，在五轴联动数控加工刀位训‘算完成后，必须进行切削仿真和机床仿真，检查刀位的正确性，最后得到的加工程序能用于实际生产制造。在CAMAND软件中，有一套简单的切削检查和机床仿真，可满足普通仿真要求。如果需要更精确地仿真工具，则应采用更专业的C GTech公司的Vericut软件。该软件不但可进行切削仿真和机床仿真，而且还有可以优化刀位轨迹等特点。在这里仅简单描述在CAMAND软件中的仿真。

　　对于几五轴刀位的切削仿真，可检查和修正刀具在前序五轴刀位计算中的过切现象。一般，首先把被加工面渲染着色，然后用“Simulation”功能对刀位逐步模拟并检查刀具的干涉情况，若有过切和碰撞发生，就必须重新计算或修改刀位。对于机床仿真，我们主要检查NC铣头(大型五轴龙门镬铣床多是两轴NC铣头方式)与工件、夹具的干涉情况，因此，可以根据实际机床NC铣头形状及尺寸建立NC铣头的三维模型，然后利用“Simulation”功能再加上NC铣头进行机床仿真，可以检查出NC铣头、刀具与夹具、工件的干涉情况。机床仿真图片如图8所示。

五、五轴刀位的后置处理

　　在完成曲面的五轴联动加工刀位计算后，还需通过后置处理技术来完成中间刀位文件转换成数控机床能识别的G代码程序。在CAMAND中的刀位文件是以刀尖点坐标和刀轴矢量给出，那么后置处理就必须把刀位数据转换成X, Y, Z, B, C坐标值。根据特定机床的数控系统和机床参数(如各坐标轴行程，最大进给速度、转速等)设计后置处理器，然后利用CAMAND的Main NC中的后置处理功能，把五轴刀位数据转换为机床数控系统可执行的G代码程序。

六、结束语

　　大型雕塑曲面零件的五轴联动加上技术可以有效解决这类零件加上精度和加上效率之间的矛盾，这种技术涉及到计算机辅助三维曲面造型，计算机辅助制造及机械加工工艺技术等多学科综合技术。笔者将研究得到的技术成果实际应用到大型水轮机转轮叶片的五轴联动加工中，取得了很好的技术经济效益，大大增强了我公司市场竞争一力。