復雜曲面數控加工探討

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摘要:對復雜曲面的數控加工現狀、難點及解決這些難點問題的意義作了具體介紹，首先利用CAD/CAM設計軟件設計工藝品“葫蘆”；再進行具體工藝分析，包括如何選刀、如何確定最佳加工路線等，巧妙利用外形輪廓G73指令編寫加工程序，錄入到機床系統中，通過對刀、程序校驗、進行首件試切加工；最后總結突破難點的成效、價值以及不足之處，應做哪些補充。

關鍵詞:工藝分析;G73指令;數控加工

1工藝品“葫蘆”加工發展現狀

“葫蘆”制品具有極大的發展空間和潛力，代表中國民間傳統文化銷往世界各國，為傳播中國文化起到了重要作用。“葫蘆”從原始的一種盛器開始到現代的民間工藝品，對其加工的工藝在不斷的創新和發展。當前國內外研究“葫蘆”工藝理論的專業人員稀缺，每年發表的專業論文篇數少，至今正式出版的相關著作國內也僅有幾部而已。絕大多數“葫蘆”工藝品的從業者是以按部就班的傳統方式從事工藝品制作，對經驗的總結很難形成文字性的支持。高校、科研機構申請國家社會科學研究的立項中，關于“葫蘆”手工藝制作的相關研究也沒有展開。諸多的原因導致葫蘆工藝方面的理論知識呈現出發展“單薄”的局面。傳統方式制作存在的問題有：（1）樣式是由制作師傅的技術及經驗決定；（2）加工方法是以手工為主，完全取決于制作者的技術水平及經驗積累；（3）效率低，制約了該工藝品的創新及發展。而創新、總結是“葫蘆”制品發展的重心。本文以現代計算機輔助設計技術，數控加工技術為技術支撐，從外形設計、加工設備、加工刀具及加工工藝方法等方面優化處理，巧妙利用外形輪廓G73指令編寫加工程序錄入到機床系統里，進行對刀、程序校驗、首件試切加工等作了詳細闡述，對加工難點的突破提出了具體的方案。

2工藝品“葫蘆”設計

針對傳統加工方法存在的問題，從工人師傅自己的經驗為主，到采用計算機輔助設計，突破了經驗為主，該部分以突出現代設計理念，代替傳統的工人經驗，使結構更合理、美觀、便攜，如上、下的比例及各圓弧的半徑連接需過渡流暢，葫底大小與葫腹的比例，中頸的大小與葫腹的比例，視覺比例等進行優化處理。

3工藝品“葫蘆”的加工工藝分析及方法

分析圖紙，加工對象的特點為：（1）直徑大小相差很大，采用圖形尺寸進行循環切削，空運行次數多，切削時間長，效率低；（2）刀具切削時，刀刃左右交替參與切削，傳統的左偏刀、右偏刀無法滿足連續切削，因此本文做相應預處理。

3.1分析零件圖

結合加工表面的特點和數控設備的功能對零件進行數控加工工藝分析，為了減少裝夾次數、換刀次數，提高生產效率，毛坯總長定為130mm，直徑40mm。選用三爪卡盤夾緊工件，選定工件右端面中心為編程原點，通過程序校驗，減少空刀運行時間，選擇X41，Z105作為循環起始點，以確保加工效率。

3.2確定數控加工刀具及加工路線

為了減少刀具數量和裝夾的次數，防止加工時刀具干涉影響切削面，針對要加工的材料是鋁棒、木頭等，這里用R1.5的專用圓弧車刀，可實現單把刀具完成全部加工及切斷工作，不需要反身裝夾和換刀，解決了傳統加工因為刀具選擇不合理，出現刀具干涉工件和換刀次數過多、反身裝夾影響加工效率的現象.

4工藝方案及編程

4.1工藝方案

（1）粗加工分段切削，減少空刀行程，加工出近似形狀。（2）連續切削粗加工，切出曲線形狀。（3）精加工，加工出圓弧曲線。（4）拋光，用砂紙進行打磨。

4.2車削工藝編程

刀具選擇，粗加工時可用割刀或者圓弧刃刀，精加工時用圓弧刃刀，拋光時要用砂紙打磨。按粗加工、精加工過程依次利用G73粗加工輪廓指令、G70精加工輪廓指令編寫程序.

5加工難點及解決方案

（1）利用G73指令加工時，在程序中增加了一條單獨的退刀程序，解決了G73自動退刀時，刀具對工件的干涉現象。編寫加工程序，還要注意循環起始點的問題，如果起始點定不準，會出現刀具空運行，浪費時間，生產效率就會受影響，通過試驗，循環起始點應該定在大于毛坯0.5~2mm之間。（2）對于既有遞增又有遞減的曲面圖形，用輪廓循環指令G73編制數控加工程序，關鍵點是這里利用R1.5圓弧車刀，與刀具半徑補償指令G42的完美搭配，解決了加工中刀具干涉工件產生的過切現象。而且只用一把刀具可以加工全部曲面，不需要調頭，不需要換刀，減少了換刀的次數，提高效率，解決了多次換刀、多次調頭帶來的尺寸精度、位置精度誤差等問題。（3）由于加工越小的葫蘆需要的路徑要求也越高，走刀的總步數也要越多，參數U值的計算就尤為重要，走刀路徑太多，浪費時間，降低生產效率。走刀路徑太少，背吃刀量又太大，容易斷刀。為了解決這一問題，提高精度和效率，通過多次試驗總結，合理選擇參數。（4）由于毛坯材料在最后需要增加一道拋光工序，這道工序，主軸轉速2000r/min以上，用微細的紗布在工件上進行打磨拋光，必須要小心、謹慎，這也是整個工序中最費時、費工、最困難的問題，也是今后改進、創新的地方。

6首件試切

在零件加工中，由數控仿真軟件進行加工。數控仿真軟件程序驗證通過后，就可以實際加工。數控車床是采用FANUC-Oi數控系統，把程序作部分更改，輸入到機床存儲中。使用刀具補正設置坐標系，利用試切法對刀，進行機床模擬仿真加工，沒有錯誤就可以實現如圖3所示的加工。通過上述設計、編程、加工后，完成零件加工全過程。

7結語

綜上所述，“葫蘆”制品是傳統和現代民間美術中最活躍的藝術形式之一。本文的創新之處是突出了現代設計理念，比傳統的加工效率高、結構更合理、外形更美觀。國內的各種文化節和“葫蘆”藝術研討會后，形成文字性的文章也多是行業內部資料，數量少、質量低且對外不公開。中國“葫蘆”工藝的理論研究和加工要本著總結實踐，才能有更好的發展和提高。本文對工藝品“葫蘆”的制作加工做了詳細的闡述，對參數設置也做了相應的說明。但還存在一些不足之處，比如缺乏“葫蘆”的后期美化、雕刻、漆藝、彩繪等工藝制作理論的研究，這是需要進一步研究的地方。

作者:馬麗 單位:九州職業技術學院

參考文獻:

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