复杂型面数控加工工艺及编程技术研究

【摘要】 复杂型面数控加工是指以CAD/CAM为基础的切削仿真及其后置程序处理。其中，切削仿真主要应用于数控程序检验，而后续程序处理主要为刀具轨迹的调整和处理，是对CAD/CAM编程功能的补充。为提高复杂型面数控加工质量和加工效率，文章以其核心技术，即CAD/CAM为基础研究了切削仿真及其后续程序处理在产品数控加工中的应用。

【关键词】 复杂型面 数控加工 加工工艺 编程 技术

机械制造行业具有产品复杂、精度高等特点。针对复杂型面的数控加工工艺应不断更新。目前，CAD/CAM是数控切割的核心技术，为满足机械制造产品的需求，还应结合切削仿真和后置处理，确保产品质量，促进行业发展。

一、复杂型面CAD/CAM编程技术

CAD/CAM编程技术以计算机软件为核心，通过坐标系确立、切削参数确定等完成编程，是复杂型面数控加工的基础。以航空燃油附件壳体为例将其加工工艺和编程技术做如下分析：

1.1加工坐标系建立

加工坐标系是数控刀位源文件生成的基础，坐标原点和运动方向的确立是其主要任务。其中坐标原点的确立方便对刀和尺寸转换。而运动方向则要根据装夹摆放位置最终确定。

1.2加工区域和刀具确定

不同复杂型面的设计工艺存在差异，这要求在加工过程中采取针对性的工艺方案，对加工区域进行细化并使用对应的刀具。加工区域的确定要求设计人员掌握更专业的编程技术，从而提高效率和质量。同时不同结构性能要求加工者采用精加工、粗加工等不同的加工方式，有效取出多余材料，确保加工余量均匀。根据不同工艺和材料选择合理的刀具，减少换刀次数。

1.3走刀路径设计和控制

走刀路径对确定可防止过切现象，确保产品切割质量，其是工步的内容和顺序的反映。对于复杂型面来说，走刀路线应满足尽量缩短路线、减少空程等条件。根据设计需求和多年的经验我们将复杂型面的数控加工走刀路径设计如下：

（1）走刀路径必须短切避免空刀。即走刀路径与机床坐标轴之间呈0°或90°切削，可有效减小误差。而之于加工中心零件与坐标轴存智或者平行。（2）确保刀具切割的连续性，过多的提刀转移将降低生产效率，并且易出现误差。（3）对于深腔结构设计，主要设计工艺为确保其侧壁的成形，另外还要降切割过程对刀具的影响。综合上述要求我们选择由上向下逐层绕行的切削方式。

简单刀路是复杂型面数控加工的主要要求，一方面可提高效率，降低误差，确保走刀的准确性。一方面可提高刀具的使用寿命。但刀具与坐标轴平行或垂直还需要通过切割过程具体确定。

二、切削仿真技术的应用

切削仿真主要用于校验数控刀具的轨迹是否正确，以确保切削质量。实现了对CAD/CAM简单刀具轨迹校验功能的补充，适用于航天制造等产品的复杂型面加工。切削仿真的应用技巧如下：毛坯几何体的尺寸以未加工的毛料尺寸为主。根据切削需求确定装夹压紧方式，确保足够的切削刀具长度，使刀具轨迹按照要求行进，提高安全系数，确保切削量和退刀安全。编程人员作为设计者，应做到对程序运行和程序变更正确预测。第二：根据设计人员所设计的CAD 模型直接进行切削仿真。一方面节省了设计时间。另一方面有效防止过切问题，降低加工报废率。对于G00快速移动代码来说，切削仿真技术并不能确保走刀方向的准确性，容易出现碰撞或者过切问题。在复杂型面数控加工过程中，要熟悉编程软件，确定正确的加工流程，确保工艺制定的针对性。后置程序是将文本文件转化为可被数控系统接受的文件，是CAM编程的最后一道工序。不同机床在工作中所需的NC 代码不同，而后置程序处理的目的就在于将刀具路径转化为与之相适应的代码。以航空制造企业产品数控加工为例，将后置程序处理流程分析如下：（1）制定产品加工后置程序处理标准，本文采用MAHO.MDFA 与HAAS.MDFA两个标准，用于转化刀位源代码。（2）采用直线插补与圆弧插补指令完成产品的数控编程，进行复杂弧面的三维加工。（3）针对航空燃油附件壳体的特点，将其切削中的G代码定义为G01、G02、G03格式，分别代指直线插补、顺时针圆弧插补和逆时针圆弧插补，以达到简化程序、便于修改的目的。航空制造企业产品以三维弧面为主，具有复杂性特征。手工修改很难实现。而通过加工仿真可生成新工艺和数控加工流程，满足大范围工艺修改的要求，提高效率和质量。

三、总结

数控加工是航空制造行业产品和零件复杂型面的主要加工方法。CAD/CAM技术是目前行业应用的核心技术，通过CAD/CAM技术和切削仿真的应用可大大提高产品切割和设计的准确度，从而提高产品质量和生产效率。未来，切削仿真技术将进一步完善，从而解决更多程序的走刀问题，促进行业发展。

参 考 文 献

[1]谢海东.典型复杂型面模件高效数控加工策略[J].机械制造技术，2012（7）.

[2]张美琴，肖树才，张扬龙，等.分段沉积/ 雕铣成形的工艺规划研究[J].现代制造工程，2007（3） .

[3]张党飞，阮晓光，王寅晨，等.浅谈数控加工中刀具的特点及选择[J].制造业自动化，2011（10）.