復雜型面數控加工研究

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1汽車模型建模

復雜型面的難點之一是型面的設計問題。復雜型面沒有具體的曲面方程和表達式，無法通過傳統的設計方法去獲得。汽車模型一般由真實汽車等比例縮放制成，結構復雜，如果需要得到比較精確的汽車形狀，需要專業的測量掃描設備。由于此次主要對復雜型面的數控加工技術進行初步研究，根據實際情況，采用一定比例的光柵圖像對汽車模型進行近似處理。UG是一款功能強大的CAD/CAM/CAE一體化軟件，廣泛應用于航空航天、汽車、通用機械及模具等行業；依托于UG強大的曲面造型能力，對汽車模型各部件進行建模造型。

2汽車模型車身的數控加工

汽車模型，尤其是汽車覆蓋件，其表面是由連續復雜曲面組成，且形狀不規則，各曲面光滑過渡連接。曲面加工又是數控加工中的難點，雖然有多軸數控機床，但是三軸數控機床在企業生產中還占有相當大的比例，因此作者結合單位的FV-1000加工中心，探討汽車模型覆蓋件的數控加工方法。曲面數控加工刀具軌跡的生成是數控編程的基礎和關鍵，目前曲面數控加工刀具軌跡生成的常用方法有等參數法、等殘留高度法、等距截平面法、投影法、三坐標球形刀多面體曲面加工法和分片側銑法。UG提供了型腔銑、等高輪廓銑和曲面輪廓加工等多種曲面加工方法，下面以UG8.0為例探討汽車模型的數控加工技術。

2.1汽車模型車身的模擬加工

汽車覆蓋件是曲面，形狀復雜，無法采用手動編程，因此采用UG加工環境進行汽車模型的模擬加工和數控編程。UG加工零件一般包括創建程序、創建刀具、創建幾何體和創建工序四個要素。在使用UG創建零件加工過程時，應注意以下問題：1）在創建刀具時，要根據實際加工情況選用相同的刀具，以免實際加工過程中出現切不到和過切的現象。2）在創建幾何體時，要合理設置加工坐標系，為了保證后處理過程中數據的一致性和正確性，應保證工作坐標系和加工坐標系重合；根據實際情況設置毛坯大小，并且需要考慮裝夾位置，防止實際加工過程中撞刀。3）UG提供了多種加工類型，并且每一種加工類型中有不同的切削方式，應根據具體情況選用合理的切削方式。UG8.0提供了平面銑、型腔銑和多軸銑三種面銑削類型，同時每一種銑削類型里又包含多種銑削方式。結合單位的三軸數控機床和加工表面，因此采用型腔銑和固定軸輪廓銑的方法進行曲面加工。汽車模型型面加工工序按粗加工、半精加工和精加工的順序安排加工工序。粗加工主要是為了去除毛坯上大部分的余量，使毛坯在形狀和尺寸上大致接近零件的成品狀態，提高加工效率是粗加工工序中應考慮的最主要的問題；粗加工采用準20端銑刀，每刀深度1.5mm，步距為刀具直徑的80%，余量為1mm。粗加工為了提高加工效率，采用大直徑、大切削深度和大步距，造成了汽車模型型面某些小區域加工不到從而導致半精加工余量不均現象，因此半精加工前需要進行殘料加工。半精加工是在粗加工的基礎上進一步去除一部分余量，使零件的主要表面基本達到要求的加工精度，并保留一定的余量，為精加工做準備，這個階段應該同時考慮加工效率和加工精度的問題；半精加工采用準20球頭銑刀，每刀深度0.2mm，步距為刀具直徑的20%，余量為0.25mm。精加工是為了使零件的尺寸精度、技術要求和表面質量同時達到圖紙要求，這個階段應主要考慮如何提高加工精度和表面質量問題；精加工采用準10球頭銑刀，每刀深度根據型面陡峭程度分層設定，步距為刀具直徑的10%，不留余量。為了提高加工效率，精加工時采用了較大直徑的銑刀，型面小凹面可能存在加工不到的現象，因此在精加工之后進行清根處理。

2.2汽車模型車身的銑削加工

在UG8.0加工環境下檢查加工刀路正確的情況下，通過后處理生成三軸數控機床可識別的數控程序，輸入到FV-1000加工中心進行汽車模型型面加工實驗。

3結論

以汽車模型型面為例，利用UG強大的曲面造型功能進行了建模和仿真加工，探討了復雜型面的三軸數控加工過程，為后續復雜型面的數控加工研究提供了依據，也為解決中小企業復雜型面的加工問題提供了參考。加工實驗表明：仿真加工所選用的加工方法和相關參數選用合理，模型表面光滑，表面質量較好。通過加工實驗發現：復雜型面加工時，要想獲得較好的表面質量，需要設置較小的步距和加工深度，但加工效率降低；汽車模型型面是光滑連續的曲面，且具有可變的陡峭度，表面陡峭度越小，表面加工質量越差，刀痕越明顯。

作者:呂張來 單位:陜西理工學院