3軸數控機床負角度曲面加工方法

林靜財，楊金健，劉 健

（成都宏明雙新科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

在模具制造中，數控加工經常出現負角度曲面（見圖1），負角度曲面如果使用3軸數控機床加工，加工制造中存在加工盲區，無法達到使用標準，現從3軸數控機床使用UG NX加工負角度曲面的方法加工負角度曲面。

圖1 負角度曲面

2 加工負角度曲面的幾種方法

（1）采用3軸數控銑床配合夾具加工。3軸數控銑床只具有3個正交移動軸（X、Y、Z軸），在使用UG NX等高加工和區域銑削情況下，銑削時存在加工盲區（見圖2），要加工負角度曲面需設計專用工裝夾具二次裝夾來針對負角度曲面進行銑削。

圖2 加工盲區

（2）采用電火花機床（EDM）加工。電火花加工，使用工具電極相對于工件作進給運動，將工件電極的形狀和尺寸復制在工件上，從而加工出所需要的零件。加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或將工作液充入放電間隙。通過間隙自動控制系統控制工具電極向工件進給，當兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產生火花放電。

（3）采用5軸數控機床加工。5軸數控機床具有X、Y、Z 3個移動軸和任意兩個旋轉軸，相對于傳統的3軸加工中心，5軸加工中心的5軸聯動技術在加工幾何形狀比較復雜的工件時，刀具能夠在5個自由度上進行定位和操作。采用5軸加工中心能快速有效的對負角度曲面進行加工。5軸加工中心加工的工件都具有曲面程度高，通過一次裝夾難以加工成型的特點，因此5軸機床可以不改變工件在機床上的位置，對工件的不同側面進行加工，大大提高異形曲面零件的加工效率及質量。

（4）3軸數控機床使用UG NX中曲面銑削進行加工。

UG NX曲面銑削是采用面投影的方式，是假想一處光源將加工曲面投影在設置體上，而產生刀路，從而加工負角度曲面達到要求。

3 3軸數控機床使用UG NX中使用曲面銑削加工負角度曲面方法

3.1 創建刀具

使用3軸數控機床加工負角度曲面，需要采用圓角盤銑刀，可按需要調節刀具大小，圖3為創建刀具頁面，圖4為本文加工所使用刀具參數。使用UG NX加工編程加工負角度曲面對刀具使用具有共用性，即一種規格刀具可銑削多種角度的負角度曲面。

圖3 創建刀具頁面

圖4 刀具參數

3.2 創建投影體

投影體大小是決定銑削時刀路走向、高低及銑削區域位置的重要參數（見圖5）。在生成刀具路徑后可通過調整投影體大小來更改、優化刀具路徑。

圖5 投影體

3.3 創建銑削曲面數控程序

（1）進入UG NX加工界面，創建曲面區域輪廓銑削工序（見圖6）。

（2）設置檢查體：檢查體是防止數控加工中程序出現過切，造成工件報廢而設置的保護措施（見圖6）。

（3）選擇銑削區域：選擇指定部件，直接選擇需要銑削的負角度曲面（見圖6）。

（4）選擇驅動方法：曲面驅動； 投影矢量：朝向驅動體（見圖6）。

（5）編輯驅動方法:指定驅動幾何體（即創建的投影體見圖5）及銑削方向、步距等（見圖7）。

圖6 創建輪廓銑工序

圖7 創建銑削方向及步距

（6）設置切削參數及非切削移動參數。

（7）生成刀具路徑（見圖8），生成刀具路勁后通過調整投影體來調整刀具路徑達到工件要求。

圖8 生成刀具路徑

（8）程序3D仿真：通過3D仿真程序檢查銑削過程中是否存在過切、撞刀及銑削余量過大問題，及銑削后負角度曲面是否銑削到位（見圖9）。

（9）后處理生成NC加工程序（見圖10）。

圖9 3D仿真后銑削成型后效果

圖10 生成的NC后處理程序

4 總結

通過實踐并結合眾多中小企業未配備電火花機床（EDM）及5軸數控機床的情況，特制作出各種加工機床優缺點對比表，如表1所示。

表1 加工負角度曲面對比表

對比表中數據得出：在實際加工應用中，NG NX曲面加工解決了3軸數控機床在加工負角度曲面需要特制夾具的問題，經過優化加工程序使數控機床能更快捷的達到工件要求，減少了加工制造中的加工時間，減少了由于二次裝夾而產生的精度丟失情況，節約了加工成本，縮短生產周期。