在不規則曲面上孔系的加工方法分析

邱新華

（深圳技師學院，廣東 深圳 518040）

在傳統的數控加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工，利用傳統的立式加工中心對不規則曲面上的孔系進行加工時還需要單獨設計制作工裝夾具，在完成同一個平面的孔加工后需要人為的進行角度的變化才能進行其他孔的加工，但是利用多軸聯動數控機床能夠實現一次裝夾完成全部不規則布局的孔的加工，大大提高了效率和質量。

1 在不規則曲面上的孔在加工中存在的問題

如圖1所示，要在零件的橢圓形側壁上進行?6孔系的鉆削（銑削）加工，在機械加工中有很多種方法，可以使用普通的臺式鉆床，數控銑床等設備。由于是在曲面上進行孔加工，會出現幾個主要的問題，比如：孔徑變大，孔的垂直度誤差過大，孔的重復定位誤差大等問題。另外，在加工中以加工成本為出發點，此規格孔系是盲孔切底部為平底，孔直徑較小，因此在實際加工中對孔的尺寸精度控制，形位公差控制都要在安排工藝時有

所考量，按照要求來完成孔系的加工，因此需要考慮在實際加工中的工藝，包含工量刀具的配套以及單件加工時間，以控制加工總本。

圖1

2 采用傳統方法在鉆床上進行鉆削加工

第一個方案是采用普通臺式鉆床進行鉆削加工。根據以上問題分析，如采用鉆床進行鉆孔加工，工序的安排基本為：劃線—打點（定位）—鉆孔—擴孔。如果在加工中出現打定位點時出現滑位，還需要進行小平面加工，在進行打點加工。傳統的在臺式鉆床上進行在不規則曲面上孔系的加工，在進行操作時會碰到很多問題。比如：在鉆削時如何限制工件的自由度來保證加工時工件不位移，在解決這個問題的方法上主要是采用額外制作的輔助定位工具或夾具的方法。所以導致工藝繁瑣，工序過于復雜，準備時間較長，加工時操作又不靈活。根據以上分析，使用普通的鉆床進行鉆削加工的時間過長，加工質量較低，成本較高。

3 使用三軸聯動數控銑床進行銑削加工

在此類案例中，最大的問題就是在不規則的曲面上進行孔的加工所引發的一系列問題，如采用普通的銑床進行加工，碰到的問題和在普通的鉆床上進行鉆孔加工所碰到的問題是一樣的，根據分析，我們嘗試使用三軸聯動數控銑床對其進行加工。由于數控銑床同樣不具備自動轉動角度的功能，因此需要制作一個輔助的工具來實現一次安裝實現多孔加工的功能。和在普通銑床上進行加工一樣，在數控銑床上一樣要對工件進行擺動角度來完成孔系的加工，因此在我們設計并制作一個輔助支架，如圖2所示。由于是在不規則曲面上進行加工，因此支架上裝配定位軸的孔面上需要標示隔空的角度位置，以便能夠在完成前一個孔的加工后快速轉動相應的角度進行下一個孔的加工。而角度的計算可以在制作支架時利用數學知識進行計算，如有必要可以直接使用建模軟件進行標注直接得出角度值。由于是在三軸數控銑床上進行加工，因此在確定好工件坐標系后，還需要計算出不同孔在XOY平面上的Y軸上的位移量，利用手工編程編寫程序進行加工，如果采用軟件自動編程方式，只需要確定好工件的加工坐標系即可由軟件自動生成Y軸的坐標點來進行加工。綜上所述，采用數控銑床進行加工相對于普通的鉆床和普通的銑床，雖然也需要制作輔助夾具，但是已經大大縮短了加工時間，而且是采用平底圓柱立銑刀進行直接的銑削加工，不需要進行打點（定位點）處理，加工工序簡化，加工精度明顯提高。

圖2

4 優化方案——采用多軸聯動機床加工

采用三軸聯動數控銑床對不規則曲面上的孔系進行加工能夠完全滿足加工的要求，完成質量高，對操作人員所必須掌握的加工技能和知識的要求也有所提高，但是加工操作相對于普通的機床設備是更易于操作的。盡管如此，使用三軸數控銑床加工同樣需要在加工前期設計并制作一個輔助支架進行工裝來完成孔系的加工，前期的加工準備期過長，在現今的加工技術條件下中市場中的競爭力是不強的。所以我們在制訂工藝時同時要考慮縮短加工準備期，縮短單價的整個加工周期，在保證質量的同時要提高產量。

如圖3所示是五軸五聯動數控加工中心，繞X軸和Z軸旋轉的兩旋轉軸+和C+能在實際加工中根據需要實現聯動旋轉從而完成復雜曲面的加工，也能夠根據需要完成定點定角度的銑削加工動作，使得許多需要多次拆裝，多件配合的零部件實現一次工裝完成大部分加工、產品設計也能夠按最優化的方案減少零件裝配從而減少系統的裝配誤差等良好的效果。在本文案例中，運用多軸聯動加

工機床可以更加優化加工工藝，其在機床上的定位簡圖如圖4所示，對比采用三軸聯動數控銑床，明顯不需要輔助支架，大大減少了前期設計和制作輔助支架的時間。

圖3

圖4

采用多軸聯動加工機床可以很好的解決傳統加工工藝所存在的問題，但是對人員 的要求更高了，要求操作生產的人員的專業 技能水平更高和理論知識的深度廣度更高。

在此案例中，不規則曲面上的孔系如采用多軸聯動加工機床加工，如果采用手工編程，編程工作量較大，容易出錯，這就需要操作人員熟練掌握使用軟件來進行自動編程和完善。在此次案例中，我們采用現在企業使用率較高的一款自動編程軟件來生成多軸機床的加工刀路，并通過后處理程序生成程序，并按照實際機床的要求對程序進行修改，在進行仿真模擬確認無誤后進行了試切削加工。刀路及試切件如圖5及圖6所示。

圖5

圖6

5 結語

在不規則曲面，特別是復雜的不規則曲面上進行規格不同孔系的加工，傳統加工技術在當今的高效率市場環境已經遠遠無法滿足要求，采用高新技術，能夠在保證加工質量的同時提高生產率，而且還能減少資源的浪費。針對此類案例，我們的先進多軸機床還能夠進行二次開發，加裝在線監測硬件和軟件，能夠在不進行拆裝的情況下完成在線檢測，并執行二次返修工作，進一步提升了產品的質量和效率。機械加工的方式方法是多樣的，我們需要結合先進的加工工藝，整合有利的資源，利用最小的資源做出最大的效益，就需要我們發揮人的優勢，提高理論和技能水平才促進機械加工的向前發展。