复杂曲面数控加工探讨

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摘要:对复杂曲面的数控加工现状、难点及解决这些难点问题的意义作了具体介绍，首先利用CAD/CAM设计软件设计工艺品“葫芦”；再进行具体工艺分析，包括如何选刀、如何确定最佳加工路线等，巧妙利用外形轮廓G73指令编写加工程序，录入到机床系统中，通过对刀、程序校验、进行首件试切加工；最后总结突破难点的成效、价值以及不足之处，应做哪些补充。

关键词:工艺分析;G73指令;数控加工

1工艺品“葫芦”加工发展现状

“葫芦”制品具有极大的发展空间和潜力，代表中国民间传统文化销往世界各国，为传播中国文化起到了重要作用。“葫芦”从原始的一种盛器开始到现代的民间工艺品，对其加工的工艺在不断的创新和发展。当前国内外研究“葫芦”工艺理论的专业人员稀缺，每年发表的专业论文篇数少，至今正式出版的相关著作国内也仅有几部而已。绝大多数“葫芦”工艺品的从业者是以按部就班的传统方式从事工艺品制作，对经验的总结很难形成文字性的支持。高校、科研机构申请国家社会科学研究的立项中，关于“葫芦”手工艺制作的相关研究也没有展开。诸多的原因导致葫芦工艺方面的理论知识呈现出发展“单薄”的局面。传统方式制作存在的问题有：（1）样式是由制作师傅的技术及经验决定；（2）加工方法是以手工为主，完全取决于制作者的技术水平及经验积累；（3）效率低，制约了该工艺品的创新及发展。而创新、总结是“葫芦”制品发展的重心。本文以现代计算机辅助设计技术，数控加工技术为技术支撑，从外形设计、加工设备、加工刀具及加工工艺方法等方面优化处理，巧妙利用外形轮廓G73指令编写加工程序录入到机床系统里，进行对刀、程序校验、首件试切加工等作了详细阐述，对加工难点的突破提出了具体的方案。

2工艺品“葫芦”设计

针对传统加工方法存在的问题，从工人师傅自己的经验为主，到采用计算机辅助设计，突破了经验为主，该部分以突出现代设计理念，代替传统的工人经验，使结构更合理、美观、便携，如上、下的比例及各圆弧的半径连接需过渡流畅，葫底大小与葫腹的比例，中颈的大小与葫腹的比例，视觉比例等进行优化处理。

3工艺品“葫芦”的加工工艺分析及方法

分析图纸，加工对象的特点为：（1）直径大小相差很大，采用图形尺寸进行循环切削，空运行次数多，切削时间长，效率低；（2）刀具切削时，刀刃左右交替参与切削，传统的左偏刀、右偏刀无法满足连续切削，因此本文做相应预处理。

3.1分析零件图

结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工工艺分析，为了减少装夹次数、换刀次数，提高生产效率，毛坯总长定为130mm，直径40mm。选用三爪卡盘夹紧工件，选定工件右端面中心为编程原点，通过程序校验，减少空刀运行时间，选择X41，Z105作为循环起始点，以确保加工效率。

3.2确定数控加工刀具及加工路线

为了减少刀具数量和装夹的次数，防止加工时刀具干涉影响切削面，针对要加工的材料是铝棒、木头等，这里用R1.5的专用圆弧车刀，可实现单把刀具完成全部加工及切断工作，不需要反身装夹和换刀，解决了传统加工因为刀具选择不合理，出现刀具干涉工件和换刀次数过多、反身装夹影响加工效率的现象.

4工艺方案及编程

4.1工艺方案

（1）粗加工分段切削，减少空刀行程，加工出近似形状。（2）连续切削粗加工，切出曲线形状。（3）精加工，加工出圆弧曲线。（4）抛光，用砂纸进行打磨。

4.2车削工艺编程

刀具选择，粗加工时可用割刀或者圆弧刃刀，精加工时用圆弧刃刀，抛光时要用砂纸打磨。按粗加工、精加工过程依次利用G73粗加工轮廓指令、G70精加工轮廓指令编写程序.

5加工难点及解决方案

（1）利用G73指令加工时，在程序中增加了一条单独的退刀程序，解决了G73自动退刀时，刀具对工件的干涉现象。编写加工程序，还要注意循环起始点的问题，如果起始点定不准，会出现刀具空运行，浪费时间，生产效率就会受影响，通过试验，循环起始点应该定在大于毛坯0.5~2mm之间。（2）对于既有递增又有递减的曲面图形，用轮廓循环指令G73编制数控加工程序，关键点是这里利用R1.5圆弧车刀，与刀具半径补偿指令G42的完美搭配，解决了加工中刀具干涉工件产生的过切现象。而且只用一把刀具可以加工全部曲面，不需要调头，不需要换刀，减少了换刀的次数，提高效率，解决了多次换刀、多次调头带来的尺寸精度、位置精度误差等问题。（3）由于加工越小的葫芦需要的路径要求也越高，走刀的总步数也要越多，参数U值的计算就尤为重要，走刀路径太多，浪费时间，降低生产效率。走刀路径太少，背吃刀量又太大，容易断刀。为了解决这一问题，提高精度和效率，通过多次试验总结，合理选择参数。（4）由于毛坯材料在最后需要增加一道抛光工序，这道工序，主轴转速2000r/min以上，用微细的纱布在工件上进行打磨抛光，必须要小心、谨慎，这也是整个工序中最费时、费工、最困难的问题，也是今后改进、创新的地方。

6首件试切

在零件加工中，由数控仿真软件进行加工。数控仿真软件程序验证通过后，就可以实际加工。数控车床是采用FANUC-Oi数控系统，把程序作部分更改，输入到机床存储中。使用刀具补正设置坐标系，利用试切法对刀，进行机床模拟仿真加工，没有错误就可以实现如图3所示的加工。通过上述设计、编程、加工后，完成零件加工全过程。

7结语

综上所述，“葫芦”制品是传统和现代民间美术中最活跃的艺术形式之一。本文的创新之处是突出了现代设计理念，比传统的加工效率高、结构更合理、外形更美观。国内的各种文化节和“葫芦”艺术研讨会后，形成文字性的文章也多是行业内部资料，数量少、质量低且对外不公开。中国“葫芦”工艺的理论研究和加工要本着总结实践，才能有更好的发展和提高。本文对工艺品“葫芦”的制作加工做了详细的阐述，对参数设置也做了相应的说明。但还存在一些不足之处，比如缺乏“葫芦”的后期美化、雕刻、漆艺、彩绘等工艺制作理论的研究，这是需要进一步研究的地方。

作者:马丽 单位:九州职业技术学院

参考文献:

[1]梁艳,钱媛园,张芸芸.当代葫芦工艺发展现状[J].兰州交通大学学报,2013,32(2):110-112.

[2]马聪玲.工艺品葫芦的数控加工[J].教育教学论坛,2011(32):46-47.

[3]济南机床厂.FUNAC一0iMA系统编程说明书[Z]．