國內復雜曲面加工的不足及改善

羅詩林

摘??要：隨著我國科技水平的不斷提升，大到航空航天、能源開發，小到工程模具和人們日常出行使用的交通工具、生活用品等領域，都可見到具有復雜曲面的產品。由此可見，復雜曲面具有非常好的研究和應用前景，已逐漸成為當今的科研熱點。

關鍵詞：曲面加工;數控機床;工程模具;檢測設備

中圖分類號：TH161+.1????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.093

1??曲面加工中存在的問題

我國曲面加工中存在的問題體現于以下3方面：①目前，絕大部分機床都是從國外進口的高檔多軸數控機床，這是因為我國研發多軸數控機床的起步較晚，很難達到高精度切削、加工復雜曲面的目的。雖然我國已經開發并投放到市場一批多軸數控機床，但是，其加工效果并不能達到要求，一些關鍵零件仍然依賴于進口，特別是對于控制和檢測系統，還要進一步加大研發力度。②雖然我國很多公司都開發了各具特色的多軸數控機床，但其中的一些基本問題仍未解決。普遍存在的問題是缺乏對高精度復雜化曲面加工軟件的開發，而加工軟件對整個機床的正常運行起著關鍵性的作用。③關于檢測系統和檢測儀器設備的研發有待加強。復雜曲面加工檢測需要高檔檢測儀器的支持，否則，會產生明顯的錯誤，進而導致加工產品不達標。傳統的檢測方法難以檢測復雜功能表面及其關鍵機構參數，而高檔檢測設備可在復雜零件的法剖面和端截面截形，進而間接測量、檢測零件的結構特征和尺寸。

2??曲面加工的要點和改善方法

2.1??兼顧力學特性與美學設計

加工設備滿足了指定的工藝中的力學特性和功能時，產品表面便可達到數學方面的高精度層次，而人們對產品外觀的滿意度取決于產品的美學設計。復雜曲面的設計和制造技術可決定其自身的發展和實現各種要求的難易程度。比如，曲面反求技術、造型設計技術決定了復雜曲面的設計技術;復雜曲面的刀具加工和光學自由曲面加工技術決定了復雜曲面的加工技術;各種關鍵的零部件和可靠的高精度高靈敏控制系統決定了復雜曲面加工設備的可靠性。曲面加工是機械加工中的重要組成部分，也是復雜的項目之一。近年來，市面上大多采用了數控加工技術，數控加工也逐漸成為機械加工的主要方式之一。值得注意的是，加工設備、加工工藝和操作人員都是加工過程中的關鍵因素，直接影響著產品的質量。

2.2??改良粗加工

在曲面加工中，粗加工是一道必要的加工工序，但是在大型工件的加工中，加工表面往往會存在明顯的粗糙、變形現象。在實際加工中，會出現走空刀的現象，這會降低加工效率。由于毛坯工件的加工難以控制，所以，精加工余量的控制必須得更加得當。安裝工件時，一定要均勻地分配加工余量，這樣可減少走刀加工量，從而使復雜曲面的加工效率提升一個檔次。傳統的機械加工夾具對高精度的要求比較低，特別是對于大型加工工件而言，加工質量和參考點的確定無法得到保障。雖然數控機床曲面加工技術的發展較快，但依舊存在很多不足之處，比如曲面加工操作不當、參數與刀具不匹配等，這都對數控曲面加工產生了很大的影響，特別是在復雜曲面的加工中尤為明顯。數控機床經常出現非正常運行的情況，這是因為加工人員的素質較低，無法及時發現并排除機床中的安全隱患，進而導致機床產生故障。

2.3??健全建模理論

建模理論主要利用回歸分析法計算機械的切削力系數。一些理論問題往往需要經過反復論證才能確定，比如加工速度、走刀路徑和進給量等都可通過模型計算出最好的加工參數。因此，應加強計算機對曲面的匹配能力，以及時控制刀具的走刀路徑和走刀反饋，從而做到精加工。

2.4??強化加工理論，提高加工水平

曲面加工需要確切可行的加工理論。目前，有一種高效率的加工技術可在曲面加工中發揮很好的作用——數控高速加工技術。但我們需要使切削負載更加穩定和刀具切削仿真機制更加嚴格。市場上很多的加工數控機床中均存在一定的缺陷，這是導致曲面加工不達標的主要原因之一。要通過了解現有的機床加工技術，全面提高對高精度、高靈敏度機床的研發速度，從而改善現有的加工狀況。應開展專業的復雜曲面加工培訓，從而提高加工人員的專業。此外，還應教育加工人員嚴格遵守規范，以防出現錯誤的加工行為。

2.5??合理選擇干涉面

干涉面的選擇是非常重要的，比如，在曲面平行銑削時加工面的周圍和其他表面，如果干涉面的選擇合理，則可避免刀具被撞壞，也可避免不需要加工的面被損壞。因此，合理選擇干涉面減少人為操作埋下的安全隱患，從而提高生產效率。

2.6??合理選擇數控加工中的刀具

在復雜曲面的數控加工中，刀具的選擇是非常嚴格的。要想具有較高的加工效率和穩定的走刀軌跡，就必須配備高剛度、高精度、高耐久度、較好的斷屑和排屑性能、計算功能的刀具。數控機床刀具的使用次數會影響加工效果——刀具使用的時間越長，磨損程度就越大。因此，在加工過程中，一定要考慮刀具磨損變形的問題，并根據不同的磨損程度整體優化加工參數。值得注意的是，必須以數控刀具的方法替換傳統的定位方法，從而達到高精度加工的目的。目前，環形銑刀、球頭銑刀、平頭銑刀、圓錐立銑刀和鼓形銑刀是加工曲面的主選刀具。在數控加工自由曲面的應用中，應用最廣泛的是球頭銑刀，這是因為它的適應能力強，且刀具軌跡計算方便，進而在三坐標加工中得到了廣泛運用。隨著數控機床加工技術的日新月異，平頭銑刀、環形銑刀等刀具在四、五軸數控機床中的應用越來越多，提高了曲面加工的效率和切削性能。

2.7??合理運用模擬加工軟件

可運用計算機模擬仿真加工軟件更快、更好地提高曲面加

工的效率和質量。在加工過程中，所需的參數都可在模擬仿真軟件中得到分析和論證，從而確定出更加合適的加工參數，也可以用此類軟件分析、研究刀具的走刀軌跡，以改善刀具的設定參數。由此可見，采用專業的加工軟件對提升曲面的加工效果是非常明顯的。

3??結束語

目前，我國的復雜曲面加工技術還有很大的發展空間，計算機技術、新興材料的引入對改進復雜曲面加工有很大的促進作用。因此，應從機床的控制反饋和檢測系統、加工軟件、高性能刀具和人員的操作技術水平等方面加強我國的多軸數控機床復雜曲面加工技術。

參考文獻

[1]丁漢.復雜曲面快速測量、建模及基于測量點云RP和NC加工[J].機械工程學報，2003，39（11）：33-36.

〔編輯：張思楠〕

Problems?and?Improve?the?Domestic?Complex?Curved?Surface?Processing

Luo?Shilin

Abstract：?With?the?level?of?Chinas?science?and?technology?constantly?improve，?to?aerospace，?energy?development，?small?to?engineering?mould?and?people?travel?daily?use?traffic?tools，?daily?necessities?and?other?fields，?can?see?products?with?complex?curved?surfaces.?Thus，?the?complex?surface?has?the?research?and?the?application?prospect?is?very?good，?has?gradually?become?the?hotspot?of?scientific?research?today.

Key?words：?surface?machining;?numerical?control?machine?tool;?engineering;?testing?equipment