數銑中球面零件的加工工藝與效率

劉鈺

[摘? ? ? ? ? ?要]? 主要介紹在數控銑加工過程中，球面零件的加工工藝與效率的問題。通過一個典型實例的加工，重點介紹了如何應用數控銑床與CAXA制造工程師2013，高效、高質量地加工球面零件。通過對比各種加工方式（等高線、參數線、輪廓導動）的優(yōu)劣，找到適合于球面零件的加工方法，從而可以高效高質量地生產零件，降低生產成本，提高經濟效益。

[關? ? 鍵? ?詞]? 數控銑;CAXA制造工程師2013;球面;等高線;參數線;輪廓導動;效率

[中圖分類號]? TH161+.11? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）09-0108-02

隨著經濟社會的發(fā)展，特別是模具制造業(yè)的高速發(fā)展、高精密度、高復雜度，加之各種產品更新?lián)Q代快，這就對現(xiàn)代數控技術提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的機械加工設備已經無法滿足上述需要，隨著制造業(yè)技術在中國的發(fā)展，越來越多的制造企業(yè)開始引進數控車床、數控銑床、加工中心、細孔加工機、放電加工機、慢走絲線切割機、光學研磨機等數控加工設備。數控銑床數控銑削除了具有普通銑床加工的特點外，還有如下特點：（1）零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如箱體類零件、殼體類零件等;（2）能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如球面零件;（3）能一次裝夾定位后，加工多道工序;（4）加工精度高、加工質量穩(wěn)定可靠;（5）生產自動化程序高，可以減輕操作者的勞動強度;（6）有利于生產管理自動化，生產效率高。

現(xiàn)代數控技術的崛起，對技術工人提出了更高的要求，不單單只是操作機床，而其要能夠熟練使用CAD/CAM軟件。特別是一些復雜的工件，如二次曲線零件、三次曲線零件、拋物線、正弦曲線等。這類零件，如果用手工編程的話，就必須使用宏程序，而其難度很高，對技術工人來說，難度很大。當前，各種產品的設計與制造都大量使用了CAD/CAM軟件，如UG，PRO/E，Solidworks等。使用CAD軟件進行產品設計、模具設計，利用CAM軟件進行數控編程加工越來越普遍。而國產CAD/CAM軟件CAXA制造工程師從面世至今已有十多年了，各項功能日趨完善，從輔助設計到輔助加工功能已經能完全滿足現(xiàn)代制造加工的需求，而其在國家數控大賽中廣泛使用。

現(xiàn)今，數控加工中，球面銑削的零件比較多，而球面銑削的質量與效率就是最為關注的問題。筆者在應用CAXA制造工程師2013進行數控銑削編程過程中，體會了球面銑削的幾種編程方法編出加工刀路，通過合理的參數設置，后置設置，生成合理的加工程序。最終，把一個設計圖紙變成零件。通過對球面加工幾種方法（等高線、參數線、輪廓導動）的反復實踐，總結了一些編程技巧、參數設置等，以提高球面質量及生產效率。下面就以CAXA制造工程師2013為例來說明球面加工中，如何提高球面加工質量及效率。

下圖工件為一底座的三維圖。

毛坯尺寸為105×80×30，材料：45

一、工藝分析

該零件圖尺寸標注完整，輪廓描述清楚，材料為45#，切削性能良好，無熱處理和硬度要求，尺寸精度及表面粗糙度要求較高，其孔的精度為H7，精度較高，需要先鉆孔在鉸孔來保證。需要兩次裝夾才能完成工件的正反兩面加工。

（一）工藝路線如下

1.以底面做為基準面，先將基準面銑削出來。

2.粗銑工件外形削輪廓，高度為17 mm，留精加工余量0.2 mm;粗銑工件84 mm×64 mm×5 mm凸臺，留精加工余量0.2 mm。

3.粗銑底面橢圓槽及兩個R8的半圓槽，深度為8 mm，留精加工余量0.2 mm。

4.精銑外形輪廓84 mm×64 mm×5 mm凸臺及橢圓槽及兩個R8的半圓槽至公差尺寸。

5.拆下工件裝夾加工另一面，裝夾時放兩塊平行墊鐵，注意避開鉆孔位置，使基準面緊貼平行墊鐵，毛坯頂面距離虎鉗口15 mm左右。

6.用分中棒對刀，保證工件上下部錯位。

7.銑削頂面至尺寸公差要求。

8.粗銑84 mm×64 mm×12 mm凸臺，留精加工余量0.2 mm。

9.粗銑SR18 mm的半球面，留精加工余量0.2 mm。

10.粗、精銑18 mm的槽及兩個沉頭孔。

11.精銑84 mm×64 mm×12 mm凸臺。

12.粗、精銑圓弧形槽。

13.精銑SR18 mm的半球面。

14.用？椎7.7的鉆頭鉆孔，用？椎8的鉸刀鉸孔。

二、選擇刀具：選用硬質合金直徑12 mm、8 mm四齒銑刀6 mm球刀

裝夾方式：采用平口虎鉗及平行墊鐵裝夾。

對刀點（程序原點）：按照設計基準和工藝基準統(tǒng)一的原則選取工件上表面中心為原點。

三、工藝安排及程序編制要求

（一）數控編程走刀路線選擇考慮要點

1.盡量縮短走刀路線，采用較少的刀具，節(jié)省換刀時間，減少空走刀時間，減少裝夾次數，提高生產效率。

2.能保證加工零件的精度和表面粗糙度要求。

3.合理、優(yōu)化數控程序，減少程序段數目。

4.降低工人的勞動強度，提高生產率。

（二）針對球面加工的幾種走刀方式

1.該零件其他部分的加工，這里不再詳述;而對球面部分的加工，必須分成兩步：粗加工和精加工。

（1）粗加工

首先采用等高線粗加工刀具直徑8 mm的立銑刀，留0.2 mm的精加工余量。

生成該刀路需要一個完整的球面及一個邊界線，而此零件有一個18 mm寬、10 mm深的槽，影響了球面的完整性，從而影響刀路的生成。

解決辦法;

①先刪除挖槽部分，保證球面的完整性，以便于生成刀路。

②在三維空間內，XZ平面內畫一截面線及一旋轉軸，然后用曲面工具，旋轉生成一球面。

從而可以生成等高線的刀路。

等高線刀路的特點：通用性強，但刀路生成時計算時間較長，程序較長較大（113K，約占整個零件加工程序的20%），機床加工效率明顯受影響。

（2）精加工

①采用等高線精加工，使用？椎6的球頭刀，刀路圖略。

經查實相關數據，等高線精加工程序（286K）相當大，走刀的時間相當長，而其加工的表面粗糙度明顯不好。

②采用參數線精加工，使用？椎6的球頭刀，刀路圖略。

經查實相關數據，參數線精加工程序（393K）相當大，比等高線精加工（286K）大的多，走刀的時間也更長，但加工的表面粗糙度明顯較好，符合該零件的加工質量要求，特別是表面粗糙度的要求。

③采用輪廓導動精加工，使用？椎6的球頭刀，刀路圖略。

經查實相關數據，輪廓導動精加程序（6.67K）極小，程序段的段數（360行）也非常少，約占等高線精加工程序（286K）的2.3%，程序行數（12305行）;約占參數線精加工程序（393K）的1.6%，程序行數（16804行）。

其次，再比較程序的內容，輪廓導動精加工所產生的程序中出現(xiàn)的是G00、G01、G02或G03（由加工方向決定）;而等高線精加工，參數線精加工等所產生的程序中出現(xiàn)的全是G00、G01，也就是說它的刀路是由小段小段的直線擬合而成，而輪廓導動精加工則是由一圈一圈的圓弧擬合而成。從而計算機的運算量完全不同，機床加工起來，效率完全不一樣，但其加工的表面質量也完全可以達到圖紙的要求。

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三種加工刀路程序長度的對比圖

綜上所述，現(xiàn)實的數控加工中，很多種加工方法都可以達到圖紙所需的要求，各種刀路都有自己的優(yōu)勢與不足，為高質量、高效率地加工工件，必須不斷總結經驗，不斷優(yōu)化程序。

2.球面加工部分的工藝參數如下：

數控加工工藝卡片

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數控銑削加工中，要高質量、高效率地加工零件，獲得更高的經濟效益，除了技術工人的經驗、細心的對刀外，程序的優(yōu)化、刀路的選擇至關重要。正如本文所述球面零件加工的幾種刀路，加工效率與加工質量明顯不同，所帶來的經濟效益也是可想而知的。隨著數控技術的不斷發(fā)展，對編程人員、對技術工人的要求將會越來越高，這就對我們提出了新的要求：在做中學，在學中做，活到老，學到老。

參考文獻：

[1]張方陽.數控銑床編程與競技[M].武漢：華中科技大學出版社，2011.

[2]羅軍，楊國安.CAXA制造工程師項目教程[M].機械工業(yè)出版社，2018.

◎編輯 張 慧